Le piège Enchilada, fabriqué dans les installations de fabrication d’ingénierie, de science et d’applications des microsystèmes des laboratoires nationaux Sandia. Crédit : Craig Fritz, Sandia National Laboratories
Sandia Labs fabrique ses premiers appareils capables de prendre en charge 200 qubits d’ions piégés.
Les laboratoires nationaux Sandia ont produit le premier lot d’un nouveau piège à ions de classe mondiale, un composant central de certains ordinateurs quantiques. Ce dispositif innovant, appelé Enchilada Trap, permet aux chercheurs de construire des machines plus puissantes, propulsant le domaine expérimental mais révolutionnaire de la l’informatique quantique avant.
En plus des pièges exploités à Sandia, plusieurs pièges seront utilisés à l’Université Duke pour exécuter des algorithmes quantiques. Duke et Sandia sont partenaires de recherche par le biais du Quantum Systems Accelerator, l’un des cinq centres nationaux de recherche en sciences de l’information quantique des États-Unis financés par l’Office of Science du ministère de l’Énergie.
Un piège à ions est un type de micropuce qui contient des atomes ou des ions chargés électriquement. Avec davantage d’ions piégés, ou qubits, un ordinateur quantique peut exécuter des algorithmes plus complexes.
Jonathan Sterk montre la section d’un piège à ions où les qubits d’ions piégés se déplacent dans une vue rapprochée du piège à l’intérieur d’une chambre à vide des laboratoires nationaux Sandia. Crédit : Craig Fritz, Sandia National Laboratories
Avec un matériel de contrôle suffisant, l’Enchilada Trap pourrait stocker et transporter jusqu’à 200 qubits en utilisant un réseau de cinq zones de piégeage inspiré de son prédécesseur, le Roadrunner Trap. Les deux versions sont produites dans les installations de fabrication d’ingénierie, de science et d’applications des microsystèmes de Sandia.
Selon Daniel Stick, scientifique de Sandia et chercheur principal du Quantum Systems Accelerator, un ordinateur quantique avec jusqu’à 200 qubits et des taux d’erreur actuels ne surpassera pas un ordinateur conventionnel pour résoudre des problèmes utiles. Cependant, cela permettra aux chercheurs de tester une architecture comportant de nombreux qubits qui, à l’avenir, prendront en charge des algorithmes quantiques plus sophistiqués pour la physique, la chimie, la science des données, la science des matériaux et d’autres domaines.
« Nous fournissons au domaine de l’informatique quantique une salle pour se développer et explorer des machines plus grandes et une programmation plus complexe », a déclaré Stick.
Ray Haltli, ingénieur électricien des Sandia National Laboratories, optimise les paramètres avant de placer des liaisons en fil d’or sur un piège à ions. Une fois prête, la machine fonctionne automatiquement, plaçant jusqu’à sept fils par seconde. Crédit : Craig Fritz, Sandia National Laboratories
Une conception avant-gardiste
Sandia recherche, construit et teste des pièges à ions depuis 20 ans. Pour surmonter une série de défis de conception, l’équipe a combiné les connaissances institutionnelles avec de nouvelles innovations.
D’une part, ils avaient besoin d’espace pour contenir plus d’ions et d’un moyen de les réorganiser pour des calculs complexes. La solution était un réseau d’électrodes qui se ramifient à la manière d’un arbre généalogique ou d’un tournoi. Chaque branche étroite sert de lieu de stockage et de transport des ions.
Sandia avait expérimenté des jonctions similaires dans des pièges précédents. Le piège Enchilada utilise la même conception sous forme de mosaïque afin de pouvoir explorer les propriétés d’échelle d’un piège plus petit. Stick estime que l’architecture de branchement constitue actuellement la meilleure solution pour réorganiser les qubits d’ions piégés et prévoit que les futures versions, encore plus grandes, du piège présenteront une conception similaire.
Une autre préoccupation concernait la dissipation de l’énergie électrique sur le piège Enchilada, qui pourrait générer une chaleur importante, entraînant une augmentation des dégazages des surfaces, un risque plus élevé de panne électrique et des niveaux élevés de bruit de champ électrique. Pour résoudre ce problème, les spécialistes de la production ont conçu de nouvelles fonctionnalités microscopiques permettant de réduire la capacité de certaines électrodes.
« Notre équipe est toujours tournée vers l’avenir », a déclaré Zach Meinelt de Sandia, l’intégrateur principal du projet. « Nous collaborons avec des scientifiques et des ingénieurs pour découvrir le type de technologie, de fonctionnalités et d’améliorations de performances dont ils auront besoin dans les années à venir. Nous concevons et fabriquons ensuite des pièges pour répondre à ces exigences et cherchons constamment des moyens de nous améliorer davantage.
La recherche a été financée par le ministère américain de l’Énergie.
