Les physiciens ont conçu une mémoire quantique 3D qui résout le compromis entre obtenir de longs temps de stockage et des temps de lecture rapides, tout en conservant une forme compacte. La nouvelle mémoire a des applications potentielles en informatique quantique, communication quantique, et d'autres technologies.

Les physiciens, Edwar Xie et coauteurs au Walther-Meissner-Institut, Université technique de Munich, et Nanosystems Initiative Munich (NIM), Allemagne, ont publié un article sur la nouvelle mémoire quantique 3-D dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

"L'information quantique étant très fragile, il doit être traité rapidement ou conservé dans un stockage approprié. Ces deux exigences sont généralement contradictoires, " dit Xie Phys.org . "La plus grande importance de notre travail est qu'il montre comment construire un appareil avec un accès rapide aux informations quantiques stockées, permettant un traitement rapide, combiné avec une longue durée de stockage."

L'un des plus grands défis de tout type de technologie quantique est d'améliorer la durée de vie des qubits, et quand il s'agit de mémoires quantiques, Les appareils 3D offrent les temps de cohérence les plus longs, jusqu'à quelques millisecondes. Dans ces souvenirs, les qubits sont stockés dans des cavités de guides d'ondes hyperfréquences 3D, dont les temps de décroissance lents permettent de longs temps de stockage des qubits. Cependant, un compromis se produit dans ces appareils, puisque les temps de lecture rapides nécessitent que la décroissance de la cavité soit rapide.

Précédemment, les chercheurs ont abordé ce compromis de diverses manières, par exemple en séparant physiquement les unités de stockage et de lecture. Cependant, avec des unités séparées, les appareils deviennent relativement volumineux et encombrants par rapport aux mémoires 2D, causant des problèmes d'évolutivité.

Afin d'obtenir simultanément de longues durées de stockage, temps de lecture rapides, et un faible encombrement, dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé la structure multimode des cavités 3D. Dans cette approche, les chercheurs ont utilisé des antennes pour coupler un qubit à deux modes distincts d'une seule cavité micro-ondes 3-D, ce qui est beaucoup plus compact que d'utiliser deux unités entièrement séparées. Ils ont conçu la cavité pour que le mode mémoire ait un facteur de qualité 100 fois supérieur à celui du mode lecture, ce qui conduit à une décroissance lente pour le mode mémoire et à une décroissance rapide pour le mode lecture.

A la suite de ce couplage, les chercheurs ont démontré que l'état du qubit peut être lu sur une échelle de temps 100 fois plus courte que la durée de stockage. Plus loin, les simulations ont montré qu'un positionnement plus précis de l'antenne pourrait étendre le rapport entre la lecture et le temps de stockage à 25, 000. Cette valeur surpasserait de manière significative le rapport le plus élevé actuellement signalé de 7300 pour les mémoires quantiques avec des cavités 3D cylindriques.

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'apporter d'autres améliorations à la mémoire, comme la mise à l'échelle en ajoutant plus de qubits, couplage du qubit à des modes de cavité supérieurs, et permettre à la mémoire de stocker des états cat (une superposition de deux états macroscopiques), qui a des applications potentielles dans l'informatique quantique à variables continues.

"Une application potentielle de cette mémoire quantique 3D compacte réside dans le domaine de la simulation quantique analogique, où un circuit quantique conçu, comme un qubit, imite un atome, " a déclaré Xie. " En raison de sa taille compacte et de ses exigences de câblage souples, notre plateforme de mémoire quantique 3D est particulièrement adaptée à la construction de chaînes d'atomes artificiels pour la simulation de molécules. Ici, une cellule de la chaîne se compose d'une seule cavité 3-D avec un qubit, un mode de stockage pour le stockage d'informations intermédiaire et un mode de lecture pour une récupération rapide des informations. Le couplage à la cellule voisine peut être réalisé avec un autre qubit."

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