Des chercheurs démontrent la correction d'erreurs dans un système qubit au silicium

QEC à trois qubits et dispositif à trois qubits à base de silicium. un. Aperçu du code de correction d'erreur quantique à retournement de phase à trois qubits. Les portes CNOT à deux qubits enchevêtrent les trois qubits, puis les portes Hadamard (H) font pivoter la base du qubit pour les erreurs de retournement de phase. Le décodage est l'inverse de l'encodage. Enfin, la correction est effectuée par une porte de Toffoli à trois qubits. b. Image au microscope électronique à balayage de l'appareil. Barre d'échelle, 100 nm. Les portes de blindage (marron) sont utilisées pour restreindre le champ électrique des portes du piston (vert) et de la barrière (violet). Les trois cercles (rouge, vert et bleu) indiquent la position du réseau de points quantiques triples. Un autre point quantique représenté par le cercle gris est utilisé comme capteur de charge. Les portes P1, P2, P3, B2 et B3 sont connectées à un générateur de forme d'onde arbitraire pour appliquer des impulsions de tension rapides. L'impulsion de commande hyperfréquence pour la résonance de spin électrique-dipôle est appliquée à la grille de blindage inférieure. c, Coupe transversale schématique de l'appareil. La ligne dans le puits quantique en silicium montre le potentiel schématique de confinement à trois points. J12 (J23) représente le couplage d'échange du plus proche voisin entre Q1 et Q2 (Q2 et Q3). Crédit :Nature (2022). DOI :10.1038/s41586-022-04986-6

Des chercheurs du RIKEN au Japon ont franchi une étape majeure vers l'informatique quantique à grande échelle en démontrant la correction d'erreurs dans un système informatique quantique à base de silicium à trois qubits. Ce travail, publié dans Nature , pourrait ouvrir la voie à la réalisation d'ordinateurs quantiques pratiques.

Les ordinateurs quantiques sont un domaine de recherche brûlant aujourd'hui, car ils promettent de permettre de résoudre certains problèmes importants qui sont insolubles à l'aide d'ordinateurs conventionnels. Ils utilisent une architecture complètement différente, utilisant des états de superposition trouvés en physique quantique plutôt que les simples bits binaires 1 ou 0 utilisés dans les ordinateurs conventionnels. Cependant, parce qu'ils sont conçus d'une manière complètement différente, ils sont très sensibles au bruit ambiant et à d'autres problèmes, tels que la décohérence, et nécessitent une correction d'erreur pour leur permettre d'effectuer des calculs précis.

Un défi important aujourd'hui est de choisir quels systèmes peuvent le mieux agir comme des « qubits », les unités de base utilisées pour effectuer des calculs quantiques. Différents systèmes candidats ont leurs propres forces et faiblesses. Certains des systèmes populaires incluent aujourd'hui des circuits supraconducteurs et des ions, qui ont l'avantage qu'une certaine forme de correction d'erreur a été démontrée, ce qui leur permet d'être réellement utilisés, bien qu'à petite échelle. La technologie quantique à base de silicium, qui n'a commencé à se développer qu'au cours de la dernière décennie, est connue pour avoir l'avantage d'utiliser une nanostructure semi-conductrice similaire à celle qui est couramment utilisée pour intégrer des milliards de transistors dans une petite puce, et pourrait donc tirer parti de la technologie de production actuelle.

Cependant, un problème majeur avec la technologie à base de silicium est qu'il y a un manque de technologie pour la connexion d'erreur. Les chercheurs ont déjà démontré le contrôle de deux qubits, mais cela ne suffit pas pour la correction d'erreurs, qui nécessite un système à trois qubits.

Dans la recherche actuelle, menée par des chercheurs du RIKEN Center for Emergent Matter Science et du RIKEN Center for Quantum Computing, le groupe a réalisé cet exploit, démontrant le contrôle total d'un système à trois qubits (l'un des plus grands systèmes qubits en silicium), fournissant ainsi pour la première fois un prototype de correction d'erreur quantique en silicium. Ils y sont parvenus en mettant en œuvre une porte quantique de type Toffoli à trois qubits.

Selon Kenta Takeda, le premier auteur de l'article, "l'idée d'implémenter un code de correction d'erreur quantique dans les points quantiques a été proposée il y a environ une décennie, donc ce n'est pas un concept entièrement nouveau, mais une série d'améliorations dans les matériaux, la fabrication de l'appareil et les techniques de mesure nous ont permis de réussir dans cette entreprise. Nous sommes très heureux d'y être parvenus."

Selon Seigo Tarucha, le chef du groupe de recherche, leur "prochaine étape sera de faire évoluer le système. Nous pensons que la mise à l'échelle est la prochaine étape. Pour cela, ce serait bien de travailler avec des groupes de l'industrie des semi-conducteurs capables de fabriquer du silicium". dispositifs quantiques à grande échelle." + Explorer plus loin