Qubits, ou bits quantiques, sont les éléments constitutifs clés au cœur de chaque ordinateur quantique. Pour effectuer un calcul, les signaux sont dirigés vers et depuis les qubits. Cependant, les qubits sont extrêmement sensibles aux interférences de leur environnement, et doivent être protégés des signaux extérieurs, notamment des champs magnétiques. C'est un problème sérieux que les appareils construits pour protéger les qubits des signaux indésirables, appelés dispositifs non réciproques, produisent eux-mêmes des champs magnétiques. De plus, ils mesurent plusieurs centimètres, ce qui est problématique, étant donné qu'un grand nombre de tels éléments est requis dans chaque processeur quantique.

Maintenant, des scientifiques de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (IST Austria), simultanément avec des groupes concurrents en Suisse et aux Etats-Unis, ont diminué la taille des dispositifs non réciproques de deux ordres de grandeur. Leur appareil, qu'ils comparent à un rond-point de circulation pour les photons, ne mesure qu'un dixième de millimètre environ, et, plus important encore, il n'est pas magnétique. Leur étude a été publiée dans la revue en libre accès Communication Nature .

Lorsque les chercheurs veulent recevoir un signal tel qu'un photon micro-onde à partir d'un qubit, tout en empêchant le bruit et d'autres signaux parasites de se déplacer vers le qubit, ils utilisent des dispositifs non réciproques, tels que des isolateurs ou des circulateurs. Ces appareils contrôlent le trafic du signal, similaire à la façon dont la circulation est réglementée dans la vie quotidienne. "Imaginez un rond-point dans lequel vous ne pouvez conduire que dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, " explique le premier auteur Dr. Shabir Barzanjeh, un post-doctorat dans le groupe du professeur Johannes Fink à l'IST Autriche. "A la sortie numéro un, au fond, il y a notre qubit. Son faible signal peut aller à la sortie numéro deux en haut. Mais un signal provenant de la sortie numéro deux ne peut pas revenir sur le même chemin jusqu'au qubit. Il est obligé de voyager dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et avant qu'il n'atteigne la sortie un, il rencontre la sortie trois. Là, nous le bloquons et l'empêchons de nuire au qubit."

Les « giratoires » que le groupe a conçus sont constitués de circuits en aluminium sur une puce de silicium et sont les premiers à être basés sur des oscillateurs micromécaniques :deux petits faisceaux de silicium oscillent sur la puce comme les cordes d'une guitare et interagissent avec le circuit électrique. Ces appareils sont de petite taille – seulement environ un dixième de millimètre de diamètre. C'est l'un des principaux avantages du nouveau composant par rapport à ses prédécesseurs traditionnels, qui mesuraient quelques centimètres de large.

Actuellement, seuls quelques qubits ont été utilisés pour tester les principes des ordinateurs quantiques, mais à l'avenir, des milliers voire des millions de qubits seront connectés entre eux, et bon nombre de ces qubits nécessiteront leur propre circulateur. "Imaginez construire un processeur contenant des millions de composants de la taille d'un centimètre. Ce serait énorme et peu pratique, " dit Shabir Barzanjeh. " L'utilisation de nos circulateurs sur puce non magnétiques et très compacts rend la vie beaucoup plus facile. " Pourtant, certains obstacles doivent être surmontés avant que les appareils ne soient utilisés pour cette application spécifique. Par exemple, la bande passante du signal disponible est actuellement encore assez faible, et les puissances d'entraînement requises peuvent endommager les qubits. Cependant, les chercheurs sont convaincus que ces problèmes seront résolus.