Les technologies quantiques d'aujourd'hui vont révolutionner le traitement de l'information, communication, et la technologie des capteurs dans les décennies à venir. Les blocs de construction de base des futurs processeurs quantiques sont, par exemple, atomes, circuits électroniques quantiques supraconducteurs, faire tourner des cristaux dans des diamants, et photons. Ces dernières années, il est devenu clair qu'aucun de ces blocs de construction quantiques n'est capable de répondre à toutes les exigences telles que la réception et le stockage de signaux quantiques, les traiter et les transmettre.

Un groupe de recherche dirigé par les professeurs József Fortágh, Reinhold Kleiner et Dieter Kölle de l'Institut de physique de l'Université de Tübingen ont réussi à relier des atomes stockés magnétiquement sur une puce avec un résonateur micro-ondes supraconducteur. La liaison de ces deux éléments constitutifs est une étape importante vers la construction d'un système quantique hybride d'atomes et de supraconducteurs qui permettra le développement ultérieur de processeurs quantiques et de réseaux quantiques. L'étude a été publiée dans le dernier Communication Nature .

Les états quantiques permettent des algorithmes particulièrement efficaces qui dépassent de loin les options conventionnelles à ce jour. Les protocoles de communication quantique permettent, en principe, échange de données non piratable. Les capteurs quantiques fournissent les données de mesure physiques les plus précises. "Pour appliquer ces nouvelles technologies dans la vie de tous les jours, nous devons développer des composants matériels fondamentalement nouveaux, " dit Fortágh. Au lieu des signaux conventionnels utilisés dans la technologie d'aujourd'hui - les bits - qui ne peuvent être qu'un un ou un zéro, le nouveau matériel devra traiter des états intriqués quantiques beaucoup plus complexes.

« Nous ne pouvons atteindre une fonctionnalité complète que via la combinaison de différents blocs de construction quantiques, " explique Fortagh. De cette façon, des calculs rapides peuvent être effectués à l'aide de circuits supraconducteurs; cependant, le stockage n'est possible que sur des échelles de temps très courtes. Atomes neutres planant sur la surface d'une puce, en raison de leur faible résistance aux interactions avec leur environnement, sont idéales pour le stockage quantique, et comme émetteurs de photons pour la transmission de signaux. Pour cette raison, les chercheurs ont connecté deux composants pour créer un hybride dans leur dernière étude. Le système quantique hybride combine les plus petits éléments constitutifs de l'électronique quantique de la nature – les atomes – avec des circuits artificiels – les résonateurs micro-ondes supraconducteurs. "Nous utilisons la fonctionnalité et les avantages des deux composants, " dit l'auteur principal de l'étude, Dr Helge Hattermann, "La combinaison des deux systèmes quantiques inégaux pourrait nous permettre de créer un véritable processeur quantique avec des réseaux quantiques supraconducteurs, stockage quantique atomique, et les qubits photoniques. » Les qubits sont – analogues aux bits de l'informatique conventionnelle – la plus petite unité de signaux quantiques.

Le nouveau système hybride pour les futurs processeurs quantiques et leurs réseaux forme un parallèle avec la technologie d'aujourd'hui, qui est aussi un hybride, un coup d'œil sur votre matériel informatique le montre :les calculs sont effectués par des circuits microélectroniques; les informations sont stockées sur des supports magnétiques, et les données sont acheminées via des câbles à fibres optiques via Internet. "Les futurs ordinateurs quantiques et leurs réseaux fonctionneront sur cette analogie - nécessitant une approche hybride et une recherche et un développement interdisciplinaires pour une fonctionnalité complète, " dit Fortagh.