Grâce à la lumière laser, les chercheurs ont innové avec une méthode précise pour contrôler les qubits de baryum individuels, faisant ainsi progresser les perspectives de l’informatique quantique.
Nouveau système optique conçu pour cibler et contrôler les atomes individuels.
Les chercheurs ont mis au point une technique révolutionnaire utilisant la lumière laser pour contrôler des qubits individuels constitués de baryum de manière plus robuste que toute autre méthode actuellement connue. Le contrôle fiable des qubits constitue une étape cruciale vers la réalisation des ordinateurs quantiques fonctionnels du futur.
Développé au Université de Waterloode l’Institut d’informatique quantique (IQC), cette nouvelle méthode utilise un petit guide d’onde en verre pour séparer les faisceaux laser et les focaliser à quatre microns l’un de l’autre, soit environ les quatre centièmes de la largeur d’un seul cheveu humain. La précision et la mesure dans laquelle chaque faisceau laser focalisé sur son qubit cible peut être contrôlé en parallèle sont inégalées par les recherches antérieures.
Précision et évitement de la diaphonie
« Notre conception limite la quantité de diaphonie (la quantité de lumière tombant sur les ions voisins) à la très faible intensité relative de 0,01 pour cent, ce qui est l’une des meilleures de la communauté quantique », a déclaré le Dr K. Rajibul Islam, professeur à IQC et Département de physique et d’astronomie de Waterloo. « Contrairement aux méthodes précédentes permettant de créer des contrôles agiles sur des ions individuels, les modulateurs à base de fibres ne s’influencent pas les uns les autres.
« Cela signifie que nous pouvons communiquer avec n’importe quel ion sans affecter ses voisins tout en conservant la capacité de contrôler chaque ion individuel dans la mesure du possible. Il s’agit du système de contrôle de qubits d’ions le plus flexible avec cette haute précision que nous connaissons, tant dans le milieu universitaire que dans l’industrie.
La lumière laser verte est l’énergie appropriée pour manipuler les états énergétiques des ions baryum. Crédit : Université de Waterloo
Ions baryum : le nouveau favori de l’informatique quantique
Les scientifiques ont ciblé les ions baryum, car ils deviennent de plus en plus populaires dans le domaine du calcul quantique des ions piégés. Les ions baryum ont des états d’énergie pratiques qui peuvent être utilisés comme niveaux zéro et un d’un qubit et être manipulés avec une lumière verte visible, contrairement à la lumière ultraviolette à plus haute énergie nécessaire pour d’autres atome types pour la même manipulation. Cela permet aux chercheurs d’utiliser des technologies optiques disponibles dans le commerce qui ne sont pas disponibles pour les longueurs d’onde ultraviolettes.
La puce guide d’ondes et son potentiel
Les chercheurs ont créé une puce guide d’ondes qui divise un seul faisceau laser en 16 canaux de lumière différents. Chaque canal est ensuite dirigé vers des modulateurs individuels à base de fibre optique qui fournissent indépendamment un contrôle agile sur l’intensité, la fréquence et la phase de chaque faisceau laser. Les faisceaux laser sont ensuite focalisés jusqu’à leur petit espacement à l’aide d’une série de lentilles optiques semblables à un télescope. Les chercheurs ont confirmé la focalisation et le contrôle de chaque faisceau laser en les mesurant avec des capteurs de caméra précis.
« Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des efforts déployés par l’Université de Waterloo pour construire des processeurs quantiques d’ions baryum utilisant des systèmes atomiques », a déclaré Crystal Senko, cochercheuse principale de l’Islam et membre du corps professoral de l’IQC et du Département de physique et d’astronomie de Waterloo. « Nous utilisons des ions parce que ce sont des qubits identiques créés par la nature, nous n’avons donc pas besoin de les fabriquer. Notre tâche est de trouver des moyens de les contrôler.
La méthode innovante du guide d’ondes démontre une méthode de contrôle simple et précise, prometteuse pour la manipulation des ions afin de coder et de traiter des données quantiques et pour sa mise en œuvre dans la simulation et l’informatique quantiques.
