Une équipe de recherche russo-allemande a créé un capteur quantique qui permet d'accéder à la mesure et à la manipulation de défauts individuels à deux niveaux dans les qubits. L'étude de NUST MISIS, Centre quantique russe et l'Institut de technologie de Karlsruhe, Publié dans Informations quantiques npj , peut ouvrir la voie à l'informatique quantique.

En informatique quantique, l'information est codée en qubits. Qubits (ou bits quantiques), l'analogue de la mécanique quantique d'un bit classique, sont des systèmes cohérents à deux niveaux. Une modalité de qubit de premier plan est aujourd'hui les qubits supraconducteurs basés sur la jonction Josephson. C'est le genre de qubit qu'IBM et Google utilisent dans leurs processeurs quantiques. Cependant, les scientifiques sont toujours à la recherche du qubit parfait, qui peut être mesuré et contrôlé avec précision, tout en restant insensible à son environnement.

L'élément clé d'un qubit supraconducteur est la jonction Josephson supraconducteur-isolant-supraconducteur à l'échelle nanométrique. Une jonction Josephson est une jonction tunnel constituée de deux pièces de métal supraconducteur séparées par une barrière isolante très mince. L'isolant le plus couramment utilisé est l'oxyde d'aluminium.

Les techniques modernes ne permettent pas de construire un qubit avec une précision à 100%, entraînant des défauts dits tunnel à deux niveaux qui limitent les performances des dispositifs quantiques supraconducteurs et provoquent des erreurs de calcul. Ces défauts contribuent à la durée de vie extrêmement courte d'un qubit, ou décohérence.

Les défauts tunnel dans l'oxyde d'aluminium et à la surface des supraconducteurs sont une source importante de fluctuations et de pertes d'énergie dans les qubits supraconducteurs, limitant finalement le temps d'exécution de l'ordinateur. Plus il y a de défauts matériels, plus ils affectent les performances du qubit, provoquant plus d'erreurs de calcul, les chercheurs ont noté.

Le nouveau capteur quantique permet d'accéder à la mesure et à la manipulation de défauts individuels à deux niveaux dans les systèmes quantiques. Selon le professeur Alexey Ustinov, Chef du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs au NUST MISIS et chef de groupe au Russian Quantum Center, co-auteur de l'étude, le capteur lui-même est un qubit supraconducteur, et il permet la détection et la manipulation de défauts individuels. Techniques traditionnelles d'étude de la structure des matériaux, comme la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), ne sont pas assez sensibles pour repérer les petits défauts individuels, Par conséquent, l'utilisation de ces techniques n'aidera pas à créer le meilleur qubit. L'étude peut ouvrir des voies à la spectroscopie des matériaux quantiques pour étudier la structure des défauts tunnel et développer des diélectriques à faibles pertes qui sont nécessaires de toute urgence pour l'avancement des ordinateurs quantiques supraconducteurs, croient les chercheurs.