Les scientifiques de l'EPFL ont fait une percée dans la conception des tableaux de résonateurs, les composants de base qui alimentent les technologies quantiques. Cette innovation pourrait créer des appareils quantiques plus petits et plus précis.
Les qubits, ou bits quantiques, sont surtout connus pour leur rôle dans l'informatique quantique, mais ils sont également utilisés dans la simulation quantique analogique, qui utilise un système quantique bien contrôlé pour simuler un autre plus complexe. Un simulateur quantique analogique peut être plus efficace qu'une simulation d'ordinateur numérique, de la même manière qu'il est plus simple d'utiliser une soufflerie pour simuler les lois de l'aérodynamique au lieu de résoudre de nombreuses équations compliquées pour prédire le flux d'air.
La clé de l'informatique quantique numérique et de la simulation quantique analogique est la capacité de façonner l'environnement avec lequel les qubits interagissent. Un outil pour le faire efficacement est un réseau de cavité couplé (CCA), de minuscules structures en plusieurs cavités micro-ondes disposées en un motif répétitif où chaque cavité peut interagir avec ses voisins. Ces systèmes peuvent donner aux scientifiques de nouvelles façons de concevoir et de contrôler les systèmes quantiques.
De façon similaire aux électrons dans les cristaux, qui peuvent bloquer l'écoulement d'électricité à certaines fréquences, ce qui donne naissance à des semi-conducteurs et à des isolateurs, en CCAS, à la lumière, sous la forme de ne peut se propager que à des longueurs d'onde spécifiques. En adaptant soigneusement la géométrie de ces résonateurs, les scientifiques peuvent sélectionner avec précision les longueurs d'onde auxquelles les photons peuvent traverser et ceux auxquels ils ne le peuvent pas.
Une équipe EPFL, dirigée par le professeur Pasquale Scarlino, chef du laboratoire de circuits quantum hybrides, en collaboration avec le Dr Marco Scigliuzzo du laboratoire de photonique et de mesures quantiques de l'EPFL, et le professeur Oded Zilberg de l'Université de Konstanz, a développé une conception innovante pour un Niobium Nitride (NBN), An SuperCuctor Using Anying Nicop Propriété matérielle avancée appelée inductance cinétique élevée, dans laquelle le laboratoire de Scarlino est un expert de premier plan.
Tirant parti de l'inductance cinétique élevée, Scarlino et son équipe ont démontré une nouvelle classe de CCA où chaque cavité est hautement miniaturisée et indésirable dans les fréquences de résonance de toutes les cavités est maintenue au minimum. Ces deux fonctionnalités sont essentielles pour atteindre les fonctionnalités requises dans le futur calcul quantique et la simulation quantique.
La recherche, publiée dans Communications de la naturea démontré la capacité de créer un réseau compact de 100 cavités de haute qualité. Ils ont montré comment ces structures fonctionnent et les ont utilisées pour imiter un matériau appelé isolant topologique photonique, qui peut guider la lumière le long de ses bords d'une manière très contrôlée et inhabituelle.
« Nous nous appuyons déjà sur cette œuvre en étudiant des atomes artificiels couplés à cette architecture », explique Vincent Jouanny, le premier auteur du journal.
« Notre approche montre que la compacité et la précision ne sont pas des objectifs opposés mais des outils complémentaires pour faire progresser la technologie des appareils quantiques », explique Scarlino. « Ce travail montre à quel point la conception peut équilibrer la compacité, une impédance élevée et un faible trouble, ce qui entraîne une plate-forme polyvalente pour les réseaux de cavité couplés qui ouvrent de nouvelles opportunités pour les simulations quantiques avancées et l'exploration de phénomènes quantiques. »
En tirant parti des propriétés uniques du nitrure de niobium, les chercheurs de l'EPFL ont ouvert de nouvelles possibilités pour explorer des systèmes quantiques complexes et développer des plateformes évolutives pour les innovations futures. Cette percée dans la conception de réseau de cavité couplée représente une étape significative vers des dispositifs quantiques plus compacts, efficaces et fiables.
