Les scientifiques pensent que les particules lumineuses individuelles, ou photons, sont parfaitement adaptés à l'envoi d'informations quantiques. Encodé avec des données quantiques, ils pourraient littéralement transférer des informations à la vitesse de la lumière. Cependant, tandis que les photons feraient d'excellents porteurs en raison de leur vitesse, ils n'aiment pas interagir les uns avec les autres, rendant difficile la réalisation de l'intrication quantique.

Une équipe de recherche internationale de NUST MISIS, Centre Quantique Russe, l'Institut Ioffe de Saint-Pétersbourg et l'Institut de technologie de Karlsruhe ont obtenu pour la première fois des preuves expérimentales d'une interaction efficace entre les photons micro-ondes via des qubits supraconducteurs. L'étude, Publié dans Matériaux quantiques npj , peut être une étape vers la mise en œuvre d'une mémoire quantique à longue durée de vie et le développement de dispositifs quantiques commerciaux.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des photons d'une fréquence de quelques GHz et d'une longueur d'onde de quelques centimètres.

"Nous avons utilisé des coudées supraconductrices, qui sont essentiellement des atomes artificiels, car il a été prouvé qu'ils interagissent fortement avec la lumière. L'interaction entre les atomes naturels et la lumière naturelle est faible en raison de la petite taille des atomes naturels. Les coudées supraconductrices sont fabriquées par l'homme; leur taille peut atteindre jusqu'à 0,1 mm, ce qui permet d'augmenter significativement leur moment dipolaire et leur polarité, ingénierie de l'interaction forte entre la lumière et la matière, " a déclaré le professeur Alexey Ustinov, chef du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs au NUST MISIS et chef de groupe au Russian Quantum Center, qui a co-écrit l'étude.

Les qubits supraconducteurs représentent une modalité de qubit de premier plan actuellement recherchée par l'industrie et les universités pour les applications d'informatique quantique. Cependant, ils nécessitent des températures milli-Kelvin (mK) pour fonctionner. Le plus puissant des dispositifs quantiques supraconducteurs existants contient moins de 100 qubits. Au fur et à mesure que vous ajoutez des qubits, le nombre d'opérations qu'un ordinateur quantique peut effectuer augmente de façon exponentielle, mais le nombre maximum de qubits pouvant être intégrés dans un ordinateur quantique est limité par la taille des réfrigérateurs utilisés pour les refroidir à des températures de fonctionnement. Compte tenu de cela, les efforts de la communauté scientifique se sont récemment concentrés sur l'augmentation de la puissance de traitement d'un ordinateur quantique en transmettant des signaux quantiques d'un réfrigérateur à un autre. Pour concevoir cette transmission, les scientifiques ont couplé un réseau de huit qubits transmonaux supraconducteurs à un guide d'ondes commun, une structure qui guide les ondes, par exemple., les ondes lumineuses.

"En utilisant des lignes de polarisation de flux dédiées pour chaque qubit, nous établissons un contrôle sur leurs fréquences de transition. Il a été dérivé et vérifié expérimentalement que plusieurs qubits obtiennent une interaction efficace médiée par des photons à portée infinie, qui peut être réglé avec la distance inter-qubit, " dit Alexey Ustinov.

Le circuit de ce travail étend les expériences avec un et deux qubits vers un métamatériau quantique à part entière, ouvrant ainsi la voie à des applications à grande échelle dans l'électrodynamique quantique des guides d'ondes supraconducteurs.