Des chercheurs travaillent sur la technologie quantique supraconductrice à l'Institute for Molecular Engineering. Crédit :Nancy Wong
Des scientifiques de l'Institute for Molecular Engineering de l'Université de Chicago ont réalisé deux percées dans la quête du développement de la technologie quantique. Dans une étude, ils ont enchevêtré deux bits quantiques en utilisant le son pour la première fois; en autre, ils ont construit le lien longue portée de la plus haute qualité entre deux qubits à ce jour. Le travail nous rapproche de l'exploitation de la technologie quantique pour fabriquer des ordinateurs plus puissants, capteurs ultra-sensibles et transmissions sécurisées.
"Ce sont deux étapes transformatrices vers les communications quantiques, " a déclaré le co-auteur Andrew Cleland, le professeur John A. MacLean Sr. de génie moléculaire à l'IME et Argonne National Laboratory affilié à UChicago. Un leader dans le développement de la technologie quantique supraconductrice, il a dirigé l'équipe qui a construit la première "machine quantique, " démontrant les performances quantiques dans un résonateur mécanique. " L'une de ces expériences montre la précision et l'exactitude que nous pouvons maintenant atteindre, et l'autre démontre une nouvelle capacité fondamentale pour ces qubits."
Les scientifiques et les ingénieurs voient un énorme potentiel dans la technologie quantique, un champ qui utilise les propriétés étranges des plus petites particules de la nature pour manipuler et transmettre des informations. Par exemple, sous certaines conditions, deux particules peuvent être "enchevêtrées" - leurs destins sont liés même lorsqu'elles ne sont pas physiquement connectées. Les particules enchevêtrées vous permettent de faire toutes sortes de choses sympas, comme transmettre des informations instantanément dans l'espace ou créer des réseaux non piratables.
Mais la technologie a encore un long chemin à parcourir, littéralement :un énorme défi consiste à envoyer des informations quantiques à une distance importante, le long de câbles ou de fibres.
Dans une étude publiée le 22 avril dans Physique de la nature , Le laboratoire de Cleland a pu construire un système à partir de qubits supraconducteurs qui échangeaient des informations quantiques le long d'une piste de près d'un mètre de long avec une fidélité extrêmement élevée, avec des performances bien supérieures ayant déjà été démontrées.
"Le couplage était si fort que nous pouvons démontrer un phénomène quantique appelé" ping-pong quantique "- envoyer puis attraper des photons individuels lorsqu'ils rebondissent, " dit Youpeng Zhong, un étudiant diplômé du groupe de Cleland et le premier auteur de l'article.
La chercheuse postdoctorale Audrey Bienfait (à gauche) et l'étudiant diplômé Youpeng Zhong travaillent dans le laboratoire du professeur Andrew Cleland à l'Institute for Molecular Engineering de UChicago. Crédit :Nancy Wong
L'une des percées des scientifiques a été de construire le bon appareil pour envoyer le signal. La clé formait les impulsions correctement - en forme d'arc, comme ouvrir et fermer une vanne lentement, au juste taux. Cette méthode de « étranglement » des informations quantiques les a aidés à atteindre une telle clarté que le système pouvait passer une mesure de référence de l'intrication quantique, appelé test de Bell. C'est une première pour les qubits supraconducteurs, et cela pourrait être utile pour la construction d'ordinateurs quantiques ainsi que pour les communications quantiques.
L'autre étude, publié le 26 avril dans Science , montre un moyen d'entremêler deux qubits supraconducteurs en utilisant le son.
Un défi pour les scientifiques et les ingénieurs alors qu'ils font progresser la technologie quantique est de pouvoir traduire les signaux quantiques d'un support à l'autre. Par exemple, la lumière micro-ondes est parfaite pour transporter des signaux quantiques à l'intérieur des puces. « Mais vous ne pouvez pas envoyer d'informations quantiques dans l'air par micro-ondes ; le signal est simplement submergé, " dit Cleland.
L'équipe a construit un système capable de traduire le langage micro-ondes des qubits en son acoustique et de le faire voyager à travers la puce, en utilisant un récepteur à l'autre extrémité qui pourrait effectuer la traduction inverse.
Crédit :Nancy Wong
Cela nécessitait un peu d'ingénierie créative :« Les micro-ondes et l'acoustique ne sont pas amis, nous avons donc dû les séparer sur deux matériaux différents et les empiler les uns sur les autres, " a déclaré Audrey Bienfait, chercheur postdoctoral et premier auteur de l'étude. "Mais maintenant que nous avons montré que c'est possible, cela ouvre de nouvelles possibilités intéressantes pour les capteurs quantiques."
