Les chercheurs ont découvert le moyen le plus précis de contrôler les ions individuels à l'aide de la technologie d'ingénierie optique holographique.

La nouvelle technologie utilise le premier dispositif d'ingénierie optique holographique connu pour contrôler les qubits d'ions piégés. Cette technologie promet d'aider à créer des contrôles plus précis des qubits qui faciliteront le développement de matériel spécifique à l'industrie quantique pour faire avancer de nouvelles expériences de simulation quantique et potentiellement des processus de correction d'erreur quantique pour les qubits d'ions piégés.

"Notre algorithme calcule le profil de l'hologramme et supprime toutes les aberrations de la lumière, qui nous permet de développer une technique très précise de programmation des ions, " dit l'auteur principal Chung-You Shih, un doctorat étudiant à l'Institut d'informatique quantique (IQC) de l'Université de Waterloo.

Kazi Rajibul Islam, un membre du corps professoral à l'IQC et en physique et astronomie à Waterloo est le chercheur principal de ce travail. Son équipe piège les ions utilisés dans la simulation quantique au Laboratoire d'information quantique depuis 2019 mais avait besoin d'un moyen précis pour les contrôler.

Un laser pointé sur un ion peut lui "parler" et changer l'état quantique de l'ion, constituant les éléments constitutifs du traitement de l'information quantique. Cependant, les faisceaux laser ont des aberrations et des distorsions qui peuvent entraîner un désordre, point focal large, ce qui est un problème car la distance entre les ions piégés est de quelques micromètres, bien plus étroite qu'un cheveu humain.

Les profils de faisceau laser que l'équipe voulait stimuler les ions devaient être conçus avec précision. Pour y parvenir, ils ont pris un laser, a soufflé sa lumière jusqu'à 1 cm de large, puis l'a envoyée à travers un dispositif numérique à micromiroir (DMD), qui est programmable et fonctionne comme un projecteur de film. La puce DMD comporte des miroirs à l'échelle de deux millions de microns qui sont contrôlés individuellement à l'aide d'une tension électrique. En utilisant un algorithme développé par Shih, la puce DMD est programmée pour afficher un motif d'hologramme. L'intensité et la phase de la lumière produite à partir de l'hologramme DMD peuvent être contrôlées avec précision.

En test, l'équipe a pu manipuler chaque ion avec la lumière holographique. Des recherches antérieures ont lutté contre la diaphonie, ce qui signifie que si un laser se concentre sur un ion, la lumière fuit sur les ions environnants. Avec cet appareil, l'équipe a réussi à caractériser les aberrations en utilisant un ion comme capteur. Ils peuvent alors annuler les aberrations en ajustant l'hologramme et obtenir la diaphonie la plus faible au monde.

« Il y a un défi à utiliser la technologie DMD disponible dans le commerce, " dit Shih. " Son contrôleur est fait pour les projecteurs et la lithographie UV, pas des expériences quantiques. Notre prochaine étape consiste à développer notre propre matériel pour les expériences de calcul quantique."

L'étude, Adressage optique holographique reprogrammable et de haute précision des ions piégés pour un contrôle quantique évolutif, détaille les travaux des chercheurs publiés dans la revue Informations quantiques npj .