Chercheurs et ingénieurs de QuTech aux Pays-Bas et d'Intel Corp., conçu et testé conjointement une puce pour contrôler les qubits pouvant fonctionner à des températures extrêmement basses, et ouvre la porte à la résolution du "goulot d'étranglement du câblage, " une étape importante vers un ordinateur quantique évolutif. Leurs résultats sont publiés dans la revue scientifique La nature .

Chaque unité de base d'un ordinateur quantique, un qubit, est généralement adressé individuellement par un seul fil. « Cela fait obstacle à un ordinateur quantique évolutif, puisque des millions de qubits nécessiteraient des millions de fils », explique le chercheur principal Lieven Vandersypen de QuTech. "C'est ce qu'on appelle le" goulot d'étranglement du câblage ". Dans les ordinateurs traditionnels, un processeur moderne avec des milliards de transistors n'a que quelques milliers de connexions. Les températures cryogéniques auxquelles les qubits fonctionnent (20 millikelvin, ou environ -273 degrés Celsius) compliquent l'utilisation des solutions traditionnelles." Une telle puce ne pourrait tout simplement pas supporter les températures extrêmes, une nouvelle puce de contrôle cryogénique a donc été conçue et testée.

Intel Horse Ridge

Ingénieurs chez Intel et QuTech, une collaboration entre l'Université de technologie de Delft et TNO, l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée a conçu un circuit intégré spécial à base de silicium capable de résister au froid (3 degrés Celsius au-dessus du zéro absolu) et d'adresser également les qubits. La puce dite "Horse Ridge" porte le nom de l'endroit le plus froid de l'Oregon, l'état où réside le laboratoire Intel.

"Nous avons exploité la même technologie adoptée pour le microprocesseur conventionnel, la technologie CMOS. Pour Horse Ridge, nous avons spécifiquement utilisé la technologie FinFET à faible consommation d'Intel 22 nm", a déclaré le co-investigateur principal Edoardo Charbon, responsable du Laboratoire d'architecture quantique avancée de l'EPFL. « Comme les appareils électroniques fonctionnent très différemment à des températures cryogéniques, nous avons utilisé des techniques spéciales dans la conception de la puce à la fois pour assurer le bon fonctionnement et pour piloter les qubits avec une grande précision. soulageant ainsi davantage le goulot d'étranglement du câblage.

Haute fidélité et bonne programmabilité

Pour évaluer la qualité de la puce de contrôle cryogénique Horse Ridge, elle a été comparée à un contrôleur de température ambiante classique. Il s'avère que la fidélité de grille du système est très élevée (99,7%) et limitée non pas par le contrôleur mais par les qubits eux-mêmes. C'est une excellente nouvelle pour les performances de la puce de contrôle cryogénique.

Prochain, la programmabilité du contrôleur a été présentée à l'aide d'un algorithme quantique à deux qubits. L'algorithme de Deutsch-Jozsa est l'un des algorithmes les plus simples et beaucoup plus efficace sur un ordinateur quantique qu'un ordinateur traditionnel. Cela démontre la capacité de programmer la puce de contrôle avec des séquences d'opérations arbitraires, et ouvre la voie à une implémentation sur puce et à un ordinateur quantique véritablement évolutif.