Rebondir :un trampoline microscopique pourrait aider les ingénieurs à surmonter un obstacle majeur pour les ordinateurs quantiques, des chercheurs de CU Boulder et du National Institute of Standards and Technology (NIST) rapportent dans une nouvelle étude.

La recherche cible une étape importante pour l'informatique quantique pratique :comment pouvez-vous convertir des signaux micro-ondes, telles que celles produites par les puces quantiques fabriquées par Google, Intel et d'autres sociétés technologiques, en faisceaux lumineux qui parcourent les câbles à fibres optiques ? Les scientifiques de JILA, un institut conjoint du CU Boulder et du NIST, pensent avoir la réponse :ils ont conçu un appareil qui utilise une petite plaque pour absorber l'énergie des micro-ondes et la faire rebondir en lumière laser.

L'appareil peut sauter cet écart efficacement, trop, a déclaré Peter Burns, étudiant diplômé de la JILA. Lui et ses collègues rapportent que leur trampoline quantique peut convertir les micro-ondes en lumière avec un taux de réussite proche de 50 pour cent, un seuil clé que les experts disent que les ordinateurs quantiques devront atteindre pour devenir des outils de tous les jours.

Burns a déclaré que les recherches de son équipe pourraient un jour aider les ingénieurs à relier d'énormes réseaux d'ordinateurs quantiques.

"Actuellement, il n'y a aucun moyen de convertir un signal quantique d'un signal électrique en un signal optique, " dit Burns, l'un des deux auteurs principaux de la nouvelle étude. "Nous anticipons une croissance de l'informatique quantique et essayons de créer un lien qui sera utilisable pour ces réseaux."

Traduction quantique

De tels réseaux se profilent à l'horizon. Au cours de la dernière décennie, plusieurs entreprises technologiques ont fait des percées dans la conception de prototypes de puces quantiques. Ces appareils codent des informations dans ce que les scientifiques appellent des qubits, un outil de stockage plus puissant que les bits traditionnels qui exécutent votre ordinateur portable à la maison. Mais extraire les informations de ces puces est un exploit difficile, a déclaré Konrad Lehnert de JILA et co-auteur de la nouvelle recherche.

Parce que les interférences extérieures peuvent facilement perturber les signaux quantiques, « vous devez être prudent et doux avec les informations que vous envoyez, " dit Lehnert, un membre du NIST.

Un grand défi réside dans la traduction. Les puces quantiques haut de gamme comme Bristlecone de Google ou Tangle Lake d'Intel envoient des données sous forme de photons, ou de minuscules paquets de lumière, qui vacillent aux fréquences micro-ondes. Une grande partie des communications modernes, cependant, repose sur des câbles à fibres optiques qui ne peuvent envoyer que de la lumière optique.

Dans une recherche publiée aujourd'hui dans Physique de la nature , le groupe JILA a relevé ce défi d'insérer une cheville carrée dans un trou rond avec une petite plaque en nitrure de silicium. L'équipe rapporte que le zapping d'un tel trampoline avec un faisceau de photons micro-ondes le fait vibrer et éjecter des photons de son autre extrémité, sauf que ces photons tremblent maintenant à des fréquences optiques.

Les chercheurs ont pu réaliser ce saut, sauter et un saut à une efficacité de 47 pour cent, ce qui signifie que pour deux photons micro-ondes qui frappent la plaque, près d'un photon optique est sorti. C'est une bien meilleure performance que d'autres méthodes pour convertir les micro-ondes en lumière, comme en utilisant des cristaux ou des aimants, dit Burns.

Il a ajouté que ce qui est vraiment impressionnant à propos de l'appareil, c'est son silence. Même dans les laboratoires ultra-froids où sont stockées les puces quantiques, des traces de chaleur peuvent faire trembler le trampoline de l'équipe. Cette, à son tour, envoie des photons en excès qui contaminent le signal. Pour se débarrasser de l'encombrement, les chercheurs ont inventé une nouvelle façon de mesurer ce bruit et de le soustraire de leurs faisceaux lumineux. Ce qui reste est un signal remarquablement propre.

"Ce que nous faisons, c'est mesurer ce bruit du côté micro-ondes de l'appareil, et cela nous permet de distinguer du côté optique entre le signal et le bruit, ", a déclaré Burns.

Se mettre en réseau

L'équipe devra réduire encore plus le bruit pour que le trampoline devienne un outil pratique. Mais il a le potentiel de permettre beaucoup de réseautage. Même avec les récents progrès des puces quantiques, les appareils modernes ont encore une puissance de traitement limitée. Une façon de contourner cela est de lier ensemble de nombreux petits jetons en un seul numériseur, dit Lehnert.

"Il est clair que nous nous dirigeons vers un avenir où nous aurons de petits prototypes d'ordinateurs quantiques, " Lehnert a déclaré. "Ce sera un énorme avantage si nous pouvons les mettre en réseau ensemble."