La capacité de régler avec précision le degré de non-réciprocité est un outil important dans le traitement de l’information quantique. Ce faisant, l'équipe, comprenant des collaborateurs de l'Université de Chicago, a dérivé une théorie générale et largement applicable qui simplifie et développe les anciennes compréhensions de la non-réciprocité afin que les travaux futurs sur des sujets similaires puissent tirer parti du modèle de l'équipe, même en utilisant différents composants et plates-formes.

La recherche est publiée dans Science Advances .

L’informatique quantique diffère fondamentalement de l’informatique basée sur les bits que nous pratiquons tous quotidiennement. Un bit est une information généralement exprimée par un 0 ou un 1. Les bits sont la base de tous les logiciels, sites Web et e-mails qui composent notre monde électronique.

En revanche, l’informatique quantique repose sur des « bits quantiques » ou « qubits », qui sont comme des bits ordinaires sauf qu’ils sont représentés par la « superposition quantique » de deux états d’un objet quantique. La matière dans un état quantique se comporte très différemment, ce qui signifie que les qubits ne sont pas relégués à l'état de 0 ou de 1 :ils peuvent être les deux à la fois, d'une manière qui ressemble à de la magie, mais qui est bien définie par les lois quantiques. mécanique. Cette propriété de superposition quantique conduit à des capacités de puissance accrues des ordinateurs quantiques.

En outre, une propriété appelée « non-réciprocité » peut créer des voies supplémentaires permettant à l'informatique quantique d'exploiter le potentiel du monde quantique.

"Imaginez une conversation entre deux personnes", explique Sean van Geldern, étudiant diplômé en physique à l'UMass Amherst et l'un des auteurs de l'article. "La réciprocité totale, c'est quand chacune des personnes participant à cette conversation partage une quantité égale d'informations. La non-réciprocité, c'est quand une personne partage un peu moins que l'autre."

"C'est souhaitable en informatique quantique", explique l'auteur principal Chen Wang, professeur adjoint de physique à l'UMass Amherst, "car il existe de nombreux scénarios informatiques dans lesquels vous souhaitez donner un large accès aux données sans donner à quiconque le pouvoir de les modifier ou de les dégrader. données."

Pour contrôler la non-réciprocité, l'auteur principal Ying-Ying Wang, étudiant diplômé en physique à l'UMass Amherst, et ses co-auteurs ont effectué une série de simulations pour déterminer la conception et les propriétés que leur circulateur devrait avoir pour pouvoir faire varier sa non-réciprocité. Ils ont ensuite construit leur circulateur et mené une multitude d'expériences non seulement pour prouver leur concept, mais aussi pour comprendre exactement comment leur appareil permettait la non-réciprocité.

Ce faisant, ils ont pu réviser leur modèle, qui contenait 16 paramètres détaillant comment construire leur appareil spécifique, vers un modèle plus simple et plus général de seulement six paramètres. Ce modèle révisé et plus général est beaucoup plus utile que le modèle initial, plus spécifique, car il est largement applicable à une gamme d'efforts de recherche futurs.

Le « dispositif intégré non réciproque » que l’équipe a construit ressemble à un « Y ». Au centre du « Y » se trouve le circulateur, qui est comme un rond-point de circulation pour les signaux micro-ondes médiateurs des interactions quantiques. L’une des jambes est le port de la cavité, une cavité supraconductrice résonante hébergeant un champ électromagnétique. Une autre branche du « Y » contient le qubit, imprimé sur une puce en saphir. La dernière étape est le port de sortie.

"Si nous faisons varier le champ électromagnétique supraconducteur en le bombardant de photons", explique Ying-Ying Wang, "nous constatons que ce qubit réagit de manière prévisible et contrôlable, ce qui signifie que nous pouvons ajuster exactement le degré de réciprocité que nous souhaitons. Et le Le modèle simplifié que nous avons produit décrit notre système de telle manière que les paramètres externes peuvent être calculés pour régler un degré exact de non-réciprocité."

"Il s'agit de la première démonstration de l'intégration de la non-réceptivité dans un dispositif informatique quantique", explique Chen Wang, "et cela ouvre la porte à l'ingénierie d'un matériel informatique quantique plus sophistiqué."