Des scientifiques viennent de mesurer un système mécanique quantique sans le détruire

Des scientifiques viennent de mesurer un système mécanique quantique sans le détruire
Written by admin

Il y a un aspect clé de l’informatique quantique auquel vous n’aviez peut-être pas pensé auparavant. Appelées « mesures quantiques sans démolition », elles se réfèrent à l’observation de certains états quantiques sans les détruire dans le processus.

Si nous voulons assembler un ordinateur quantique fonctionnel, il serait évidemment utile de ne pas le voir tomber en panne à chaque seconde pendant que les calculs sont effectués. Maintenant, les scientifiques ont décrit une nouvelle technique d’enregistrement des mesures quantiques de non-démolition qui est très prometteuse.

Dans ce cas, la recherche impliquait des systèmes quantiques mécaniques – des objets relativement grands en termes d’informatique quantique, mais extrêmement minuscules pour nous. Ils utilisent le mouvement mécanique (comme les vibrations) pour gérer la magie quantique nécessaire, et ils peuvent également être combinés avec d’autres systèmes quantiques.

“Nos résultats ouvrent la porte à la réalisation d’algorithmes quantiques encore plus complexes à l’aide de systèmes mécaniques, tels que la correction d’erreurs quantiques et les opérations multimodes”, écrivent les chercheurs dans leur article publié.

Pour les besoins de cette étude, l’équipe a assemblé une fine bande de saphir de haute qualité, d’un peu moins d’un demi-millimètre d’épaisseur. Un mince transducteur piézoélectrique a été utilisé pour exciter des ondes acoustiques, déplaçant des unités d’énergie telles que des photons qui peuvent, en théorie, être soumises à des processus de calcul quantique. Techniquement, cet appareil est connu sous le nom de résonateur acoustique.

C’était la première partie de l’installation. Pour effectuer la mesure, le résonateur acoustique a été couplé à un qubit supraconducteur – ces blocs de construction informatiques quantiques de base qui peuvent simultanément contenir à la fois une valeur 1 et une valeur 0, et sur lesquels des sociétés telles que Google et IBM ont déjà construit des ordinateurs quantiques rudimentaires.

Le dispositif hybride de l’équipe, avec la puce de résonateur acoustique au-dessus de la puce supraconductrice-​qubit. (von Lüpke et al., Nat Phys, 2022)

En rendant le statut du qubit supraconducteur dépendant du nombre de photons dans le résonateur acoustique, les scientifiques ont pu lire ce nombre de photons sans interagir avec eux ni transférer d’énergie.

Ils le décrivent comme similaire au jeu d’un thérémine, l’étrange instrument de musique qui n’a pas besoin d’être touché pour produire du son.

Assembler l’équivalent de l’informatique quantique n’a pas été une tâche facile : les états quantiques ont généralement une durée de vie très courte, et une partie de l’innovation de cette technique était la façon dont ces états étaient prolongés plus longtemps. L’équipe l’a fait en partie grâce au choix des matériaux et en partie grâce à une cavité supraconductrice en aluminium qui a fourni un blindage électromagnétique.

Dans d’autres expériences, ils ont réussi à extraire ce qu’on appelle la “mesure de parité” du système quantique mécanique.

La mesure de la parité est cruciale pour une variété de technologies quantiques, en particulier lorsqu’il s’agit de corriger les erreurs dans les systèmes – et aucun ordinateur ne peut fonctionner correctement s’il fait régulièrement des erreurs.

“En interfaçant des résonateurs mécaniques avec des circuits supraconducteurs, l’acoustodynamique quantique des circuits peut rendre disponible une variété d’outils importants pour manipuler et mesurer les états quantiques de mouvement”, écrivent les chercheurs.

Tout cela est de très haut niveau en termes de physique quantique, mais l’essentiel est qu’il s’agit d’une avancée importante dans l’une des technologies qui pourraient éventuellement fournir une base pour les futurs ordinateurs quantiques, notamment en termes de combinaison de différents types de systèmes. ensemble.

Un dispositif hybride qubit-résonateur tel que celui décrit dans cette étude offre potentiellement le meilleur de deux domaines de recherche différents : les capacités de calcul des qubits supraconducteurs et la stabilité des systèmes mécaniques. Les scientifiques ont maintenant montré que des informations peuvent être extraites d’un tel appareil de manière non destructive.

Il reste encore beaucoup de travail à faire – une fois que la tâche de mesurer les états a été affinée et terminée, ces états doivent ensuite être exploités et manipulés pour être réellement utiles – mais l’énorme potentiel des systèmes informatiques quantiques vient peut-être d’être franchi une nouvelle étape. plus proche.

“Ici, nous démontrons les mesures directes de la distribution du nombre de phonons et de la parité des états mécaniques non classiques”, écrivent les chercheurs.

“Ces mesures sont quelques-uns des éléments de base pour la construction de mémoires et de processeurs quantiques acoustiques.”

La recherche a été publiée dans Physique naturelle.

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