Un ordinateur quantique fonctionnel est l'une des promesses les plus intrigantes de la technologie quantique. Avec une puissance de calcul considérablement augmentée, les ordinateurs quantiques seront capables de résoudre des tâches que les ordinateurs conventionnels ne peuvent pas gérer, comme comprendre et inventer de nouveaux matériaux ou produits pharmaceutiques ainsi que tester les limites des techniques cryptographiques.

Comme dans les ordinateurs conventionnels, le terme bit quantique ou qubit fait référence à l'unité de base de l'information quantique. Présentement, les approches les plus avancées pour les réaliser sont les circuits supraconducteurs et les ions piégés. Le premier stocke l'information quantique dans des composants électroniques, ce dernier dans différents niveaux d'énergie d'atomes simples. En utilisant des circuits supraconducteurs, des chercheurs ont récemment réussi à démontrer que les ordinateurs quantiques sont capables d'effectuer des tâches hautement spécialisées que les ordinateurs conventionnels ne peuvent pas gérer. Cependant, contrairement à toute autre approche, ions produisent des taux d'erreur significativement plus faibles dans les opérations.

Afin de réduire encore plus les taux d'erreur et de fournir des opérations fiables beaucoup plus rapidement, des chercheurs de l'université Leibniz de Hanovre et de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ont maintenant développé une nouvelle méthode. Leurs résultats ont été publiés dans le dernier numéro de la revue scientifique Lettres d'examen physique .

Dans leur approche, les ions sont piégés sous vide en utilisant des champs électriques au-dessus d'une structure de puce. Les opérations Qubit sont mises en œuvre en envoyant des signaux micro-ondes à travers des boucles conductrices spéciales intégrées dans la structure de la puce. D'habitude, les opérations logiques sont effectuées via des faisceaux laser extrêmement soigneusement contrôlés. L'utilisation des champs hyperfréquences présente l'avantage d'être à la fois relativement faciles à contrôler et une technologie très mature puisqu'ils sont omniprésents dans de nombreux produits de l'avion au téléphone portable.

Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont étudié les méthodes les plus efficaces pour les opérations sur les qubits. C'est également une question très pertinente dans les puces informatiques conventionnelles, car la quantité d'énergie nécessaire par opération détermine combien d'entre elles peuvent être traitées par seconde avant que la puce ne commence à surchauffer. En ce qui concerne les ordinateurs quantiques micro-ondes à piège à ions, les chercheurs ont réussi à démontrer que des impulsions micro-ondes de forme spécifique, où le champ est allumé et éteint en douceur, produisent des taux d'erreur 100 fois inférieurs à ceux où les champs sont simplement allumés et éteints - avec le même apport d'énergie et malgré la présence de bruit. Dans ce but, l'équipe a introduit un bruit supplémentaire et soigneusement contrôlé dans l'expérience et déterminé les erreurs de fonctionnement pour différents niveaux de bruit injecté ainsi que pour les deux formes d'impulsion. "Cela a fait une énorme différence pour notre expérience, " a déclaré Giorgio Zarantonello, l'un des auteurs de l'étude. "Autrefois, trouver des opérations appropriées impliquait beaucoup d'essais et d'erreurs ainsi qu'un long processus d'optimisation avant de saisir un moment avec très peu de bruit. Il ne nous reste plus qu'à activer l'expérience et ça marche."

Après avoir démontré que les opérations de base avec de faibles taux d'erreur sont réalisables, les chercheurs visent désormais à transférer leurs découvertes à des tâches plus complexes. L'intention est d'obtenir moins d'une erreur toutes les dix mille opérations, c'est-à-dire lorsque la mise à l'échelle à un grand nombre de qubits devient efficace. Pour cette tâche, ils ont déjà développé une technologie de microfabrication brevetée qui prend en charge le stockage et la manipulation d'un grand nombre de qubits dans les structures d'une puce.