Alors que de nombreux plans pour les ordinateurs quantiques transmettent des données en utilisant les particules de lumière appelées photons, des chercheurs de l'Université de Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UCHICAGO PME) se tournent vers le son.
Dans un nouveau journal aujourd'hui dans Physique de la natureune équipe unissant Cleland Lab de l'UCHicago PME et le groupe théorique Jiang a démontré un contrôle déterministe de phonons, de minuscules vibrations mécaniques qui, à une échelle beaucoup plus grande, seraient considérées comme saines.
En supprimant l'aléatoire inhérent aux systèmes à base de photons, ce contrôle de phase pourrait donner un avantage sur le son sur la lumière dans la construction des ordinateurs quantiques de demain.
« La nature déterministe de notre plate-forme Phonon implique que cela peut s'avérer une meilleure plate-forme pour l'informatique quantique que les photons, bien qu'il y ait encore de nombreuses questions ouvertes », a déclaré le professeur Andrew Cleland d'UCHICAGO.
En diffusant un phonon d'un qubit supraconducteur – l'équivalent quantique des données « bit » qui constitue un ordinateur ordinaire et médiant l'interaction électrique, les chercheurs d'UCHicago PME ont pu contrôler de manière déterministe la phase du phonon. Cela signifie qu'ils peuvent envoyer des données basées sur des phonons via un ordinateur quantique sans aléatoire qui, par nature, gênera toujours les plates-formes basées sur des photons.
Théoriquement, cela pourrait conduire à des systèmes aussi rapides et puissants que les meilleurs ordinateurs quantiques, mais aussi prévisibles que l'ordinateur portable de votre bureau.
« Avoir ces opérations quantiques déterministes donne à cette plate-forme hybride un avantage sur les approches optiques linéaires pures », a déclaré le premier auteur Hong Qiao, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Cleland.
Déterministe vs probabiliste
Les systèmes déterministes sont des causes et des effets simples sans aucune aléatoire impliquée. Cela signifie que, à moins que quelque chose ne soit cassé, si les scientifiques font un, ils obtiendront toujours B.
Mais de nombreux aspects de la mécanique quantique sont probabilistes, également appelés non-déterministes. Cela signifie que même dans un système parfaitement fonctionnel, il y a une certaine chance que les chercheurs n'obtiennent pas le résultat qu'ils veulent. Si les scientifiques font A, ils pourraient obtenir B. ou ils pourraient obtenir C, peut-être D ou au-delà en fonction du type de système quantique qu'ils utilisent.
L'ingénierie de meilleurs systèmes peuvent améliorer la probabilité de succès, mais il y a toujours un certain aléatoire – et les chercheurs ne peuvent savoir si un processus a fonctionné qu'après coup.
« En fonction de votre résultat de mesure de photons optiques, vous pouvez déterminer si cette opération a réussi ou non », a déclaré Qiao. « Et ce n'est pas comme si vous faites cette opération, vous obtenez ce que vous voulez. C'est plus comme si vous faisiez l'opération, vous mesurez et, en fonction de votre résultat de mesure, vous avez une certaine probabilité de succès ou d'échec. »
La capacité de contrôler les phases des phonons pourrait être applicable à une grande variété d'architectures informatiques, y compris un nouveau système de mémoire d'accès aléatoire quantique, la même équipe développée plus tôt cette année.
« La phononie quantique avance en tant que champ, avec de nouvelles architectures théoriques permettant des appareils de plus en plus compacts et permettant l'intégration à plus grande échelle », a déclaré le professeur Uchicago PME Liang Jiang.
Brèves vies
Le prochain obstacle pour l'équipe consiste à augmenter la durée de vie des phonons, ce qui rend les vibrations durer assez longtemps pour être utiles pour l'informatique quantique.
« Actuellement, ces phonons ont des durées de vie dans la gamme microseconde », a déclaré Qiao. « Nous aimerions donner à ce phonon une vie peut-être 100 fois plus longue pour être utile pour les tâches de calcul. »
Cet objectif, bien que ambitieux, est bien dans les possibilités théoriques, a déclaré le co-auteur Zhaoyou Wang, un chercheur postdoctoral du groupe théorique de Jiang. La raison pour laquelle la durée de vie est si courte est que les phonons sont couplés à un qubit. Cette connexion, tout en permettant à l'équipe de contrôler les phonons, raccourcit considérablement la durée de vie des vibrations, comme saisir une sonnerie pour le étouffer.
En eux-mêmes, les phonons peuvent avoir des temps de cohérence jusqu'à quelques secondes, bien au-delà de ce que les photons peuvent rassembler. C'est parce que la lumière brille, s'émet dans le vide subatomique. Les vibrations vibrent simplement par elles-mêmes.
« Les photons sont une onde électromagnétique, il y a donc de nombreux canaux de fuite à l'extérieur », a déclaré Wang. « Les phonons se décomposeront si vous les contactez, mais ils ne fuient pas dans le vide. En principe, si vous avez des résonateurs phononiques très bien isolés, et si vous ne les contactez pas, cela ne vous donne pas la décomposition. »
La courte durée de vie actuelle limite la mise à l'échelle à environ 10 phonons, a déclaré Cleland. Mais il a déclaré que l'équipe espérait aborder la limitation des pertes dans un travail futur.
« Nous sommes enthousiasmés par les progrès de cet article, qui indiquent la possibilité future d'utiliser des phonons pour l'informatique quantique dans un format à base de puce complètement solide », a déclaré Cleland.
