Des chercheurs du RIKEN ont connecté deux qubits de spin en silicium physiquement distants à l’aide d’une méthode appelée navette cohérente de spin, ce qui constitue une étape majeure vers l’informatique quantique à grande échelle. Cette avancée permet de surmonter le défi que représente la connexion de points quantiques éloignés les uns des autres, un obstacle critique pour faire passer les ordinateurs quantiques de centaines à des millions de qubits.
La liaison de deux qubits distants permettra de développer des ordinateurs quantiques plus grands et plus complexes basés sur des points quantiques en silicium.
Dans une démonstration qui promet d’aider à développer des ordinateurs quantiques basés sur de minuscules points de silicium, des physiciens de RIKEN ont réussi à connecter deux qubits – l’unité de base de l’information quantique – qui sont physiquement éloignés l’un de l’autre.
De nombreux grands acteurs des technologies de l’information, dont IBM, Google et Microsoft, se sont lancés dans la course au développement d’ordinateurs quantiques, dont certains ont déjà démontré leur capacité à surpasser largement les ordinateurs conventionnels pour certains types de calculs. Mais l’un des plus grands défis à relever pour développer des ordinateurs quantiques commercialement viables est la capacité de les faire passer d’une centaine de qubits à des millions de qubits.
En termes de technologies, les points quantiques de silicium d’un diamètre de quelques dizaines de nanomètres constituent l’un des principaux obstacles au développement de l’informatique quantique à grande échelle. L’un de leurs principaux avantages est qu’ils peuvent être fabriqués à l’aide de la technologie de fabrication du silicium existante. Mais l’un des obstacles est que, s’il est facile de relier deux points quantiques proches l’un de l’autre, il s’avère difficile de relier des points quantiques éloignés l’un de l’autre.
Figure 1 : Des chercheurs du RIKEN ont relié deux qubits distants (sphères rouges et bleues avec flèches noires et cônes gris à gauche et à droite) par une navette cohérente de l’un des qubits (sphères bleues). Crédit : © 2023 RIKEN Center for Emergent Matter Science (Centre RIKEN pour la science de la matière émergente)
« Pour connecter de nombreux qubits, il faut en entasser beaucoup dans un espace très restreint », explique Akito Noiri du RIKEN Center for Emergent Matter Science. « Il est très difficile d’utiliser des fils pour connecter des qubits aussi denses.
Aujourd’hui, Noiri et ses collègues ont réalisé une porte logique à deux qubits entre des qubits de spin en silicium physiquement éloignés (Fig. 1).
« Bien que de nombreux travaux aient été menés dans ce domaine en utilisant diverses approches, c’est la première fois que quelqu’un réussit à démontrer une porte logique fiable formée par deux qubits distants », déclare M. Noiri. « Cette démonstration ouvre la voie à l’augmentation de l’informatique quantique basée sur des points quantiques en silicium.
Akito Noiri (à droite) et ses collaborateurs ont démontré une porte logique basée sur deux qubits distants reliés par une navette de spin cohérente. Crédit : © 2023 RIKEN
Pour connecter les deux qubits, l’équipe a utilisé une méthode connue sous le nom de navette de spin cohérente, qui permet de déplacer des qubits à spin unique à travers un réseau de points quantiques sans affecter leur cohérence de phase, une propriété importante pour les ordinateurs quantiques puisqu’elle porte l’information. Cette méthode consiste à pousser des électrons à travers un réseau de qubits en appliquant une tension.
Bien que la séparation physique entre les deux qubits ait été relativement courte, M. Noiri est convaincu qu’elle pourra être étendue dans le cadre d’études futures. « Nous voulons augmenter la séparation à environ un micromètre », explique-t-il. « Cela rendra la méthode plus pratique pour une utilisation future.
Référence : « A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors » par Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scappucci et Seigo Tarucha, 30 septembre 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-33453-z