L'informatique quantique a le potentiel d'être une technologie future révolutionnaire dans des domaines allant de la chimie à la cryptographie en passant par la finance et les produits pharmaceutiques. Par rapport aux ordinateurs conventionnels, les scientifiques suggèrent que les ordinateurs quantiques pourraient fonctionner plusieurs milliers de fois plus rapidement. Pour exploiter cette puissance, les scientifiques cherchent aujourd'hui des moyens de construire des réseaux informatiques quantiques. La mémoire quantique tolérante aux pannes, qui réagit bien en cas de dysfonctionnement matériel ou logiciel, jouera un rôle important dans ces réseaux. Une équipe de recherche de l'Université nationale de Yokohama explore la mémoire quantique qui résiste aux erreurs opérationnelles ou environnementales.

L'équipe de recherche a publié ses conclusions le 27 avril 2022 dans la revue Communications Physics .

Pour que les ordinateurs quantiques atteignent leur plein potentiel, les scientifiques doivent être capables de construire des réseaux quantiques. Dans ces réseaux, la mémoire quantique tolérante aux pannes est essentielle. Lorsque les scientifiques manipulent la mémoire quantique de spin, un champ magnétique est nécessaire. Le champ magnétique entrave l'intégration avec les bits quantiques supraconducteurs, ou qubits. Les qubits en informatique quantique sont des unités d'information de base, similaires aux chiffres binaires, ou bits, dans les ordinateurs conventionnels.

Pour faire évoluer un ordinateur quantique basé sur des qubits supraconducteurs, les scientifiques doivent opérer sous un champ magnétique nul. Dans leur recherche pour faire avancer la technologie vers un ordinateur quantique tolérant aux pannes, l'équipe de recherche a étudié les centres de lacunes d'azote dans le diamant. Les centres d'azote vacants sont prometteurs dans une gamme d'applications, y compris l'informatique quantique. À l'aide d'un centre de lacune d'azote en diamant avec deux spins nucléaires des isotopes de carbone environnants, l'équipe a démontré la correction d'erreur quantique dans la mémoire quantique. Ils ont testé une correction d'erreur quantique à trois qubits contre une erreur de retournement de bit ou de retournement de phase, sous un champ magnétique nul. Les erreurs de basculement de bit ou de basculement de phase peuvent se produire lorsqu'il y a des changements dans le champ magnétique. Pour obtenir un champ magnétique nul, l'équipe a utilisé une bobine tridimensionnelle pour annuler le champ magnétique résiduel, y compris le champ géomagnétique. Cette mémoire quantique est codée par correction d'erreurs pour corriger automatiquement les erreurs lorsqu'elles se produisent.

Des recherches antérieures avaient démontré une correction d'erreur quantique, mais tout était effectué sous des champs magnétiques relativement forts. L'équipe de recherche de l'Université nationale de Yokohama est la première à démontrer le fonctionnement quantique des spins électroniques et nucléaires en l'absence de champ magnétique.

"La correction d'erreur quantique rend la mémoire quantique résistante aux erreurs opérationnelles ou environnementales sans avoir besoin de champs magnétiques et ouvre la voie vers le calcul quantique distribué et un Internet quantique avec des interfaces quantiques basées sur la mémoire ou des répéteurs quantiques", a déclaré Hideo Kosaka, professeur à Université de Yokohama et auteur principal de l'étude.

La démonstration de l'équipe peut être appliquée à la construction d'un ordinateur quantique distribué à grande échelle et d'un réseau de communication quantique longue distance en connectant des systèmes quantiques vulnérables à un champ magnétique, tels que des qubits supraconducteurs avec des mémoires quantiques basées sur le spin. Pour l'avenir, l'équipe de recherche prévoit de faire progresser la technologie. "Nous voulons développer une interface quantique entre les qubits supraconducteurs et photoniques pour réaliser un ordinateur quantique à grande échelle tolérant aux pannes", a déclaré Kosaka. + Explorer plus loin

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