Dans le piège à ions, la distance entre les ions et l'optique peut être ajustée avec précision. Crédit :Université d'Innsbruck
Les physiciens soupçonnent depuis longtemps que les matériaux diélectriques peuvent perturber considérablement les ordinateurs quantiques à pièges ioniques. Maintenant, des chercheurs dirigés par Tracy Northup ont développé une nouvelle méthode pour quantifier cette source d'erreur pour la première fois. Pour le fonctionnement futur des ordinateurs quantiques avec de très nombreux bits quantiques, ces sources de bruit doivent être éliminées dès le processus de conception si possible.
Les technologies quantiques sont basées sur les propriétés quantiques de la lumière, électrons, et des atomes. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont appris à maîtriser ces phénomènes et à les exploiter dans des applications. Ainsi, la construction d'un ordinateur quantique pour des applications commerciales est également à portée de main. L'une des technologies émergentes actuellement avancées avec beaucoup de succès est l'ordinateur quantique à piège à ions. Ici, les particules chargées sont piégées avec des champs électromagnétiques dans une chambre à vide et préparées de telle sorte qu'elles puissent servir de supports d'informations et être utilisées pour le calcul, ce qui inclut de les refroidir aux températures les plus basses permises par la mécanique quantique.
Cependant, les propriétés de mécanique quantique exploitées dans ce processus sont très sujettes aux erreurs. Même les plus petites déficiences peuvent réchauffer les particules fortement refroidies et ainsi conduire à des erreurs dans le traitement de l'information quantique. Les sources possibles de tels défauts sont des matériaux faiblement conducteurs ou non conducteurs, qui sont utilisés, par exemple, comme isolants dans un piège à ions métalliques, ou optique, qui sont nécessaires pour coupler les ions avec la lumière laser.
"Même pour les pièges à ions exclusivement en métal, des couches d'oxyde sur les métaux provoqueraient de telles défaillances, " explique Tracy Northup au Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck en Autriche. L'équipe de Northup, avec des collaborateurs à Innsbruck et aux États-Unis, ont trouvé un moyen de déterminer l'influence des matériaux diélectriques sur les particules chargées dans les pièges à ions.
Confirmé expérimentalement
Ceci a été réalisé parce que les physiciens quantiques d'Innsbruck ont un piège à ions dans lequel ils peuvent définir avec précision la distance entre les ions et l'optique diélectrique. Sur la base d'une proposition antérieure du groupe de Rainer Blatt, les physiciens ont calculé la quantité de bruit causé par le matériau diélectrique pour ce piège à ions et l'ont comparé aux données de l'expérience. "La théorie et l'expérience s'accordent très bien, confirmant que cette méthode est bien adaptée pour déterminer l'influence des matériaux diélectriques sur les ions, " explique Markus Teller de l'équipe d'Innsbruck. Pour calculer le bruit, le théorème dit de fluctuation-dissipation de la physique statistique a été utilisé, qui décrit mathématiquement la réponse d'un système en équilibre thermique à une petite perturbation externe.
Vue dans la chambre à vide où le piège à ions est isolé du bruit extérieur. Crédit :Université d'Innsbruck
"Dans les ordinateurs quantiques, il existe de nombreuses sources de bruit possibles, et il est très difficile de trier les sources exactes, ", explique Tracy Northup. "Notre méthode est la première à quantifier l'influence des matériaux diélectriques dans un piège à ions donné sur les particules chargées. À l'avenir, Les concepteurs d'ordinateurs quantiques à pièges ioniques seront en mesure d'évaluer cet effet avec beaucoup plus de précision et de concevoir leurs appareils pour minimiser ces perturbations. »
Après avoir démontré avec succès la méthode sur leur propre piège à ions, les physiciens d'Innsbruck veulent maintenant l'appliquer aux pièges à ions de collaborateurs aux États-Unis et en Suisse.
