Une équipe internationale de scientifiques a réussi à améliorer encore la durée de vie des circuits quantiques supraconducteurs. Une condition préalable importante pour la réalisation d'ordinateurs quantiques hautes performances est que les données stockées restent intactes le plus longtemps possible. Les chercheurs, dont le physicien de Jülich, le Dr Gianluigi Catelani, ont développé et testé une technique qui élimine les électrons non appariés des circuits. Ceux-ci sont connus pour raccourcir la durée de vie des qubits. L'étude est publiée en ligne par la revue Science aujourd'hui.

Les ordinateurs quantiques pourraient un jour atteindre des vitesses de calcul nettement plus élevées que les ordinateurs numériques conventionnels dans l'exécution de certains types de tâches. Les circuits supraconducteurs font partie des candidats les plus prometteurs pour implémenter des bits quantiques, appelés qubits, avec lesquels les ordinateurs quantiques peuvent stocker et traiter des informations. Les taux d'erreur élevés associés aux qubits précédemment disponibles ont jusqu'à présent limité la taille et l'efficacité des ordinateurs quantiques. Dr. Gianluigi Catelani de l'Institut Peter Grünberg (PGI-2) à Jülich, avec ses collègues a maintenant trouvé un moyen de prolonger le temps pendant lequel les circuits supraconducteurs sont capables de stocker un "0" ou un "1" sans erreur. A côté de Catelani, l'équipe est composée de chercheurs travaillant aux USA (Massachusetts Institute of Technology, Laboratoire Lincoln, et l'Université de Californie, Berkeley), Japon (RIKEN), et la Suède (Université de technologie de Chalmers).

Lorsque les matériaux supraconducteurs sont refroidis en dessous d'une température critique spécifique au matériau, les électrons se rassemblent pour former des paires; alors le courant peut circuler sans résistance. Cependant, jusqu'à présent, il n'a pas été possible de construire des circuits supraconducteurs dans lesquels tous les électrons se regroupent. Les électrons simples restent non appariés et ne peuvent pas circuler sans résistance. En raison de ces soi-disant quasiparticules, l'énergie est perdue et cela limite la durée pendant laquelle les circuits peuvent stocker des données.

Les chercheurs ont maintenant développé et testé une technique qui peut temporairement retirer les électrons non appariés du circuit; à l'aide d'impulsions micro-ondes, ils sont en effet "pompés". Il en résulte une triple amélioration de la durée de vie des qubits.

« La technique peut en principe être mise en œuvre immédiatement pour tous les qubits supraconducteurs », expliqua Catelani, qui, en tant que physicien théoricien a contribué à l'analyse et à l'interprétation des données expérimentales. Cependant, il a souligné que la durée de vie des qubits n'est qu'un des nombreux obstacles au développement d'ordinateurs quantiques complexes. De plus, la nouvelle technique signifie que les quasi-particules ne sont pas définitivement éliminées, mais refluent encore et encore. Les scientifiques ont une autre solution prête à résoudre ce problème :la technique de pompage peut être combinée avec une autre méthode qui piège en permanence les quasiparticules. Catelani, avec ses collègues de Jülich et Yale, a déjà analysé et testé un tel "piège" à quasiparticule. Leurs résultats ont été publiés en septembre dans la revue Examen physique B (DOI :10.1103/PhysRevB.94.104516).