Le goulot d'étranglement existant dans des composants efficacement miniaturisants pour les ordinateurs quantiques pourrait être assoupli à l'aide de l'impression 3D.
Les ordinateurs quantiques relèvent des défis de calcul massifs en exploitant la puissance d'innombrables pièces minuscules travaillant de manière transparente ensemble. La technologie d'ions piégées, où les particules chargées comme les ions sont piégées en manipulant les champs électromagnétiques, est un de ces composants.
Les techniques de microfabrication actuelles échouent lorsqu'il s'agit de produire les structures d'électrodes complexes avec un confinement ionique optimal adapté aux opérations quantiques.
Les chercheurs ont trouvé une solution à ce problème dans l'impression 3D haute résolution. Dans une étude publiée dans Natureles scientifiques de l'Université de Californie et du Lawrence Berkeley National Laboratory ont montré que la polymérisation à deux photons (2pp), un nom populaire dans le monde de l'impression 3D microscopique, peut fabriquer de grands réseaux de pièges à ions 3D miniaturisés avec des géométries complexes, sans sacrifier l'évolutivité ni la précision.
Un ordinateur quantique a besoin d'un moyen de stocker des informations quantiques, et les ions individuels confinés dans les systèmes piégés en ions remplissent ce rôle en agissant comme qubits – les porteurs fondamentaux des informations quantiques.
Pour rendre cela possible, les pièges à ions utilisent des champs électriques pour maintenir les ions dans un puits de potentiel profond, ce qui les empêche de dériver ou d'être dérangés par leur environnement.
Les pièges à ions 3D traditionnels utilisent des électrodes disposées autour de l'ion en trois dimensions, ce qui offre un confinement fort mais ne se miniature pas bien.
De plus, la grande distance d'ion-électrode (≈1 mm) affaiblit la résistance au champ électrique produite pour une tension donnée. Les champs plus faibles équivaut à une fréquence de piège plus faible, qui est la mesure de la façon dont un ion peut être maintenu en place. Cela les rend inappropriés pour l'informatique quantique évolutive.
Des études ont exploré des pièges de surface construits à partir de structures d'électrodes 2D créées via des techniques de photolithographie – un processus dans la fabrication de semi-conducteurs qui applique un matériau sensible à la lumière pour créer des modèles précis – pour miniaturiser les pièges. Ces structures, cependant, nécessitent que les ions soient stockés très près des électrodes pour les maintenir en place. Cela entraîne souvent un bruit de champ électrique des électrodes générant de la chaleur, ce qui peut entraîner des erreurs dans les opérations quantiques.
Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs ont présenté une méthode d'impression 3D à haute résolution pour construire des pièges qui combinaient les avantages des pièges 3D usinés traditionnels, tels que un fort confinement radial, avec la miniaturisation et l'évolutivité des appareils basés sur les puces.
Ils ont construit des pièges à ions directement sur des substrats de saphir à l'aide de Nanoscribe, une imprimante 3D disponible dans le commerce qui fonctionne sur une polymérisation à deux photons, où les lasers très ciblés solidifient une résine liquide pour former des structures tridimensionnelles précises. Ces pièges étaient ensuite enduits de métal avec de l'or ou de l'aluminium.
En utilisant ces pièges, l'équipe a conçu avec succès des ions calcium avec des fréquences de pièges radiales entre 2 et 24 MHz. Ils ont également démontré des opérations quantiques à haute fidélité, comme une porte de deux qubit avec une fidélité à l'état de cloche de 0,978 ± 0,012, ce qui a encore établi la fiabilité des pièges conçus pour supporter l'informatique quantique.
Les chercheurs ont noté que les pièges à ions 3D conçus en utilisant la méthode proposée avaient réalisé des fréquences de trap qui étaient quatre fois plus élevées que celles généralement observées dans les pièges macro 3D et les pièges de surface.
Écrit pour vous par notre auteur Sanjukta Mondal, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
