Le fonctionnement des ordinateurs quantiques, systèmes qui traitent les informations tirant parti des effets mécaniques quantiques, repose sur la mise en œuvre des portes logiques quantiques. Ce sont essentiellement des opérations qui manipulent des qubits, des unités d'informations qui peuvent exister dans une superposition d'États et peuvent se terminer.
Un type de porte logique quantique qui permet l'enchevêtrement entre les qubits est une porte dite à deux qubit. Notamment, la plupart des schémas existants pour générer ces portes forcent des qubits en dehors des conditions ou des paramètres dans lesquels ils peuvent mieux stocker des informations et sont plus faciles à contrôler.
Des chercheurs de la Beijing Academy of Quantum Information Sciences (BAQIS) et de l'Université Tsinghua ont récemment introduit un nouveau schéma universel pour mettre en œuvre des portes à deux qubits dans les processeurs quantiques supraconducteurs. Ce schéma, décrit dans un article publié dans Physique de la natures'est avéré permettre de manière fiable la génération d'enchevêtrement entre les qubits dans les ordinateurs quantiques basés sur les supraconducteurs.
« La motivation originale de notre étude est plutôt simple », a déclaré à Issues.fr Jianxin Chen, co-auteur co-ennior du journal. «Les manuels établissent que toutes les opérations quantiques correspondent à des matrices unitaires; pourtant, historiquement, la porte CNOT a longtemps été traitée comme la norme de facto pour la mise en œuvre de telles opérations.
« Ce cadrage devient particulièrement pertinent si l'on considère qu'au cours des dernières années, la communauté a identifié un éventail beaucoup plus large de portes de deux qubits implémentées au-delà des options conventionnelles, y compris la racine carrée de l'ISWAP, les portes FSIM, les portes fractionnées et divers autres. »
La physique quantique et les théories informatiques quantiques suggèrent que les opérations quantiques peuvent également prendre la forme de grilles appelées matrices unitaires. Dans le cadre de leur étude, Chen et ses collègues ont décidé d'identifier les types de matrices unitaires peuvent être mis en œuvre nativement avec une haute fidélité, agissant ainsi comme des «instructions quantiques».
« Dans le contexte du calcul classique, les performances du système sont limitées par » l'architecture des ensembles d'instructions « », a déclaré Chen. « Nous prévoyons que si nous pouvons élargir davantage la mise en œuvre à haute fidélité des autres portes natives, nous pourrons faire avancer les performances du système. »
Dans leur article, Chen et ses collègues introduisent un schéma de contrôle unifié pour la mise en œuvre d'une éventuelle porte à deux qubit. En termes mathématiques, leur programme prend en charge toutes les opérations dans le groupe unitaire spécial SU (4), qui est l'ensemble complet de transformations valides de deux points, ne nécessitant parfois que de minuscules ajustements avec de simples portes sur qubit.
Pour contrôler les Qubits, le schéma nouvellement introduit de l'équipe combine deux approches distinctes. Premièrement, il permet aux Qubits d'interagir directement, qui est connu sous le nom d'interaction d'échange. Deuxièmement, il dirige les qubits à l'aide de signaux micro-ondes, d'une manière compatible avec les systèmes matériels supraconductrices existants pour l'informatique quantique.
« Notre programme présente plusieurs avantages importants », a expliqué le Dr Yan. « Premièrement, il est vraiment universel, ce qui signifie que le même cadre de configuration matérielle et de contrôle peut implémenter n'importe quelle porte à deux qubit souhaitée, offrant une flexibilité maximale dans les opérations quantiques.
« Plus de manière cruciale, contrairement aux approches conventionnelles qui reposent sur des transitions problématiques | 11⟩– | 20⟩ (comme dans les portes CZ standard), notre méthode fonctionne exclusivement sur la transition | 01⟩– | 10⟩. Cela évite le risque de fuite dans des états d'énergie plus élevés, qui a été l'un des défis les plus persistants pour les protocoles d'énergie quantique. » «
Les travaux récents de Chen et de ses collègues démontrent qu'il est possible pour un régime individuel de mettre en œuvre toutes les portes de deux qubits avec une grande fidélité. À l'avenir, leur approche pourrait contribuer à l'avancement des algorithmes quantiques et des ordinateurs quantiques supraconducteurs.
« Bien que la pertinence de ce résultat pour la correction d'erreur quantique ne soit pas immédiatement évidente, les études initiales démontrent que cette nouvelle perspective a également une valeur pour traiter les défauts du code de surface et l'assouplissement des exigences matérielles pour le code QLDPC », a ajouté Chen.
« Nous visons à réexaminer les limites des avantages quantiques par cette nouvelle perspective et à explorer la mise en œuvre physique plus efficace des codes de correction d'erreur. Une autre direction importante impliquera de développer des schémas d'étalonnage plus efficaces adaptés à ce travail. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
