Deux équipes utilisent des atomes neutres pour créer des circuits quantiques

Architecture d'information quantique rendue possible par le transport cohérent d'atomes neutres. a, Dans notre approche, les qubits sont transportés pour effectuer des portes d'intrication avec des qubits distants, permettant une connectivité programmable et non locale. La navette atomique est réalisée à l'aide de pinces optiques, avec un parallélisme élevé en deux dimensions et entre plusieurs zones permettant des manipulations sélectives. Encart :les niveaux atomiques utilisés. Les états de qubit |0⟩, |1⟩ font référence au m_F = 0 états d'horloge de ⁸⁷ Rb, et |r⟩ est un état de Rydberg utilisé pour générer un enchevêtrement entre les qubits (Extended Data Fig. 1b). b, images Atom illustrant le transport cohérent de qubits intriqués. En utilisant une séquence de portes à un et deux qubits, les paires d'atomes sont chacune préparées dans le |Φ⁺ ⟩ Bell state (Methods), et sont ensuite séparés de 110 μm sur une durée de 300 μs. c, les oscillations de parité indiquent que le mouvement n'affecte pas de manière observable l'intrication ou la cohérence. Pour les mesures mobiles et stationnaires, la cohérence des qubits est préservée à l'aide d'une séquence de découplage dynamique XY8 pendant 300 μs (Méthodes). d, Mesure de la fidélité de l'état de Bell en fonction de la vitesse de séparation sur les 110 μm, montrant que la fidélité n'est pas affectée pour un mouvement plus lent que 200 μs (vitesse de séparation moyenne de 0,55 μm μs⁻¹ ). Encart :la normalisation par la perte d'atomes pendant le mouvement entraîne une fidélité constante, ce qui indique que la perte d'atomes est le mécanisme d'erreur dominant. Crédit :Nature (2022). DOI :10.1038/s41586-022-04592-6

Deux équipes de chercheurs travaillant indépendamment ont montré la viabilité de l'utilisation d'atomes neutres pour créer des circuits quantiques. Toutes deux ont publié les grandes lignes de leurs travaux dans la revue Nature. . L'un des groupes, composé de membres de l'Université du Wisconsin, de Madison, de ColdQuanta et de Riverlane, a exécuté avec succès un algorithme sur un ordinateur quantique à atomes froids pour la première fois. Le deuxième groupe, composé de membres de Harvard, du MIT, de QuEra Computing Inc., de l'Université d'Innsbruck et de l'Académie autrichienne des sciences, a montré qu'il était possible de construire un processeur quantique basé sur le transport cohérent de réseaux d'atomes intriqués. Hannah Williams, de l'Université de Durham, a publié un article News &Views dans le même numéro de revue décrivant les recherches récentes sur l'utilisation d'atomes neutres pour créer des circuits quantiques et le travail effectué par les deux équipes dans ces efforts récents.

Au fur et à mesure que la recherche sur la construction d'un ordinateur quantique véritable et utilisable progressait, plusieurs conceptions ont évolué - les deux principaux concurrents impliquent l'utilisation de qubits basés soit sur des ions piégés, soit sur des champs électrostatiques. Mais les deux approches se sont avérées difficiles à mettre à l'échelle de grands systèmes. Pour cette raison, certains chercheurs se sont tournés vers l'étude de la possibilité d'utiliser des atomes neutres dans un tel ordinateur. L'avantage d'une telle approche, comme le note Williams, est qu'il serait beaucoup plus facile de s'adapter à des systèmes beaucoup plus grands - des réseaux de centaines d'atomes neutres ont déjà été utilisés pour créer des portes logiques. Dans les deux nouveaux efforts, les deux équipes de recherche ont montré qu'il est possible d'utiliser une telle approche pour créer des circuits multi-qubits ; ils ont simplement procédé de différentes manières.

Les deux équipes ont encodé les qubits dans leurs machines dans un état de faible énergie, mais différaient dans la façon dont elles les traitaient. Une équipe a enchevêtré des atomes qui n'étaient pas adjacents les uns aux autres à l'aide de pinces optiques pour les déplacer, puis les a utilisées pour démontrer que l'approche pouvait être utilisée pour réaliser un état d'information quantique bien établi. L'autre équipe a intriqué des paires de qubits à l'aide de faisceaux laser pour créer un complexe de six qubits dans un état Greenberger-Horne-Zeilinger. Ils ont ensuite utilisé leur système pour exécuter deux algorithmes quantiques :l'un mesurant l'énergie moléculaire d'un atome donné, l'autre pour travailler sur le problème MaxCut.

Les travaux des deux équipes suggèrent que l'utilisation d'atomes neutres pour créer des circuits quantiques est une option viable pour de nouvelles recherches axées sur la création d'un ordinateur quantique fonctionnel. + Explorer plus loin