Coupleur à double transmon pour les ordinateurs quantiques
Toshiba Corporation a confirmé l’existence d’une technologie révolutionnaire qui promet de faire progresser le développement d’ordinateurs quantiques plus performants. Des expériences menées par un groupe de recherche conjoint de Toshiba et de RIKEN, l’un des plus grands instituts de recherche du Japon, ont permis de réaliser avec succès un coupleur à double transmon, un coupleur accordable composé de deux qubits supraconducteurs de type transmon pour les ordinateurs quantiques supraconducteurs initialement proposés par Toshiba.
Il existe plusieurs approches pour la mise en œuvre de circuits supraconducteurs dans les ordinateurs quantiques. Par exemple, il existe aujourd’hui plusieurs types de qubits, dont le qubit de transmon standard et le qubit de fluxonium relativement nouveau. Le qubit à transmon reste le plus simple et est actuellement le plus utilisé. Il existe également différentes méthodes de couplage des qubits, du couplage capacitif direct à celles qui impliquent un coupleur accordable entre les qubits.
Le coupleur à double transmon de Toshiba est un coupleur accordable composé de deux qubits supraconducteurs de type transmon. Il peut à la fois désactiver le couplage et exécuter des opérations de porte à deux qubits à grande vitesse pour des qubits transmon à fréquence fixe avec des fréquences significativement différentes. Son fonctionnement efficace nécessite un temps de cohérence suffisamment long, plus long que le temps d’opération de la porte, ce qui n’est possible que si les matériaux supraconducteurs utilisés, la conception du circuit environnant et les processus de fabrication sont tous soigneusement pris en compte. En même temps, pour les opérations de porte à grande vitesse, une forte force de couplage entre les qubits est cruciale.
Le groupe de recherche conjoint de Toshiba et de RIKEN a réalisé avec succès la première démonstration expérimentale au monde de cette méthode et a démontré qu’elle offrait une grande fidélité de performance.
Les chercheurs ont atteint une fidélité de 99,90 % pour une porte à deux qubits. La fidélité est un indicateur de performance standard pour les portes quantiques, qui quantifie à quel point une opération est proche de l’idéal dans une fourchette de 0 à 100 %, les pourcentages les plus élevés indiquant une plus grande précision dans le fonctionnement de la porte quantique.
Proposé à l’origine par Toshiba dans un article datant de septembre 2022, le coupleur à double transmon est un coupleur accordable qui détient la clé de l’amélioration des performances des ordinateurs quantiques supraconducteurs. Grâce à une réalisation expérimentale réussie, Toshiba et RIKEN ont confirmé sa supériorité théorique sur les coupleurs accordables conventionnels en supprimant le problème de longue date du couplage résiduel inutile et en permettant des portes à deux qubits à grande vitesse et à haute fidélité.
Pour améliorer les performances des portes à deux qubits, le temps de cohérence, c’est-à-dire la période pendant laquelle l’état de superposition quantique peut être maintenu – ce qui est essentiel dans les ordinateurs quantiques – doit être prolongé. Les portes doivent également être exécutées rapidement et la force du couplage résiduel doit être supprimée pour réduire les erreurs qu’il provoque. L’équipe Toshiba-RIKEN a obtenu un temps de cohérence de classe mondiale pour le qubit transmon, un temps de grille court de 48 ns et a réduit la force du couplage résiduel à 6 kHz, atteignant ainsi une fidélité de 99,90 %.
Les ordinateurs quantiques qui adoptent le coupleur à double transmon peuvent également utiliser le qubit transmon à fréquence fixe, qui est très stable et dont la structure simple est relativement facile à fabriquer. Cela fera progresser le domaine de l’informatique quantique, qui connaît un développement rapide, et ouvrira la voie aux ordinateurs quantiques à grande échelle indispensables aux applications pratiques, telles que la réalisation de la neutralité carbone et la mise au point de nouveaux médicaments.
La recherche est publiée sur le site DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.041050
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