Des chercheurs de la Michigan State University ont découvert comment utiliser les vibrations, généralement un obstacle en informatique quantique, comme outil pour stabiliser les états quantiques. Leurs recherches donnent un aperçu du contrôle des facteurs environnementaux dans les systèmes quantiques et ont des implications pour l’avancement de la technologie quantique.
- Lorsque les systèmes quantiques, tels que ceux utilisés dans les ordinateurs quantiques, fonctionnent dans le monde réel, ils peuvent perdre des informations à cause des vibrations mécaniques.
- De nouvelles recherches menées par la Michigan State University montrent cependant qu’une meilleure compréhension du couplage entre le système quantique et ces vibrations peut être utilisée pour atténuer les pertes.
- La recherche, publiée dans la revue Communications naturellespourrait contribuer à améliorer la conception des ordinateurs quantiques que des entreprises comme IBM et Google développent actuellement.
Le défi de l’isolement dans l’informatique quantique
Rien n’existe dans le vide, mais les physiciens souhaiteraient souvent que ce ne soit pas le cas. Car si les systèmes étudiés par les scientifiques pouvaient être complètement isolés du monde extérieur, les choses seraient beaucoup plus faciles.
Prendre l’informatique quantique. C’est un domaine qui bénéficie déjà de milliards de dollars de soutien de la part d’investisseurs technologiques et de poids lourds de l’industrie, notamment IBM, Google et Microsoft. Mais si les plus petites vibrations proviennent du monde extérieur, elles peuvent entraîner une perte d’informations dans un système quantique.
Par exemple, même la lumière peut provoquer des fuites d’informations si elle dispose de suffisamment d’énergie pour faire trembler les atomes d’une puce de processeur quantique.
Le problème des vibrations
« Tout le monde est vraiment enthousiaste à l’idée de construire des ordinateurs quantiques pour répondre à des questions très difficiles et importantes », a déclaré Joe Kitzman, doctorant à la Michigan State University. « Mais les excitations vibratoires peuvent vraiment perturber un processeur quantique. »
Cependant, avec de nouvelles recherches publiées dans la revue Communications naturelles, Kitzman et ses collègues montrent que ces vibrations ne doivent pas nécessairement être un obstacle. En fait, ils pourraient bénéficier de la technologie quantique.
« Si nous pouvons comprendre comment les vibrations se couplent à notre système, nous pouvons l’utiliser comme ressource et comme outil pour créer et stabiliser certains types d’états quantiques », a déclaré Kitzman.
Avantages pour la technologie quantique
Cela signifie que les chercheurs peuvent utiliser ces résultats pour contribuer à atténuer les informations perdues par les bits quantiques, ou qubits (prononcés « q bits »).
Les ordinateurs conventionnels s’appuient sur une logique binaire claire. Les bits codent les informations en prenant l’un des deux états possibles distincts, souvent notés zéro ou un. Les qubits, cependant, sont plus flexibles et peuvent exister dans des états simultanément nuls et un.
Même si cela peut ressembler à de la triche, cela reste tout à fait conforme aux règles de la mécanique quantique. Néanmoins, cette fonctionnalité devrait donner aux ordinateurs quantiques de précieux avantages par rapport aux ordinateurs conventionnels pour résoudre certains problèmes dans divers domaines, notamment la science, la finance et la cybersécurité.
Autres implications et expériences
Au-delà de ses implications pour la technologie quantique, le rapport de l’équipe dirigée par MSU contribue également à préparer le terrain pour de futures expériences visant à mieux explorer les systèmes quantiques en général.
« Idéalement, vous souhaitez séparer votre système de l’environnement, mais l’environnement est toujours là », a déclaré Johannes Pollanen, titulaire de la chaire de physique Jerry Cowen au département de physique et d’astronomie de la MSU. « C’est presque comme des déchets dont vous ne voulez pas vous occuper, mais vous pouvez apprendre toutes sortes de choses intéressantes sur le monde quantique lorsque vous le faites. »
Systèmes quantiques et technologies émergentes
Pollanen dirige également le Laboratoire des systèmes quantiques hybrides, dont Kitzman est membre, au Collège des sciences naturelles. Pour les expériences menées par Pollanen et Kitzman, l’équipe a construit un système composé d’un qubit supraconducteur et de ce que l’on appelle des résonateurs à ondes acoustiques de surface.
Ces qubits sont l’une des variétés les plus populaires parmi les entreprises développant des ordinateurs quantiques. Les résonateurs mécaniques sont utilisés dans de nombreux appareils de communication modernes, notamment les téléphones portables et les ouvre-portes de garage, et maintenant, des groupes comme celui de Pollanen les mettent au service de la technologie quantique émergente.
Conclusion : compréhension et contrôle
Les résonateurs de l’équipe ont permis aux chercheurs d’ajuster les vibrations ressenties par les qubits et de comprendre comment l’interaction mécanique entre les deux influence la fidélité de l’information quantique.
« Nous créons un système paradigmatique pour comprendre comment ces informations sont brouillées », a déclaré Pollanen. « Nous contrôlons l’environnement, en l’occurrence les vibrations mécaniques du résonateur, ainsi que le qubit. »
« Si vous pouvez comprendre comment ces pertes environnementales affectent le système, vous pouvez l’utiliser à votre avantage », a déclaré Kitzman. « La première étape pour résoudre un problème est de le comprendre. »
MSU est l’un des rares endroits équipés et dotés en personnel pour réaliser des expériences sur ces dispositifs à résonateur mécanique et qubit couplés, a déclaré Pollanen, et les chercheurs sont ravis d’utiliser leur système pour une exploration plus approfondie.
L’équipe comprenait également des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology et de l’Université de Washington à Saint-Louis.
