IQM: une nouvelle source micro-onde à super-refroidissement libère l’évolutivité des ordinateurs quantiques

Un consortium de recherche constitué de l'université d'Aalto, VTT, et IQM a conçu une nouvelle source micro-onde qui pourrait remplacer les actuels systèmes de contrôle volumineux freinant l'évolutivité des ordinateurs quantiques.



ESPOO, Finlande--{Web361.fr}--Dans une nouvelle publication parue dans Nature Electronics, des chercheurs en Finlande ont mis au point un circuit produisant des signaux micro-onde de haute qualité nécessaires pour contrôler les ordinateurs quantiques tout en évoluant à des températures proches du zéro absolu. Il s'agit d'une étape clé pour rapprocher le système d'exploitation du processeur quantique, ce qui pourrait permettre d'augmenter considérablement le nombre de qubits dans le processeur.

Un des facteurs limitant la taille des ordinateurs quantiques est le mécanisme utilisé pour contrôler les qubits dans les processeurs quantiques. Ce contrôle est normalement réalisé à l'aide d'une série d'impulsions micro-onde, et comme les processeurs quantiques fonctionnent à des températures proches du zéro absolu, les impulsions de contrôle sont généralement envoyées dans l'environnement refroidi via des câbles haut débit à température ambiante.

Au fur et à mesure que le nombre de qubits augmente, le nombre de câbles augmente également. Ceci limite la taille potentielle d'un processeur quantique, étant donné que les réfrigérateurs refroidissant les qubits doivent devenir plus volumineux pour pouvoir accueillir de plus en plus de câbles, tout en devant travailler davantage pour les refroidir, ce qui constitue une impasse.

Un consortium de recherche composé de l'université Aalto, du Centre finlandais de recherche technique VTT, et d'IQM Quantum Computers vient de mettre au point un élément clé pour résoudre ce casse-tête. "Nous avons construit une source micro-onde précise fonctionnant à la même température extrêmement basse que les processeurs quantiques, soit environ -273 degrés", déclare le chef d'équipe Mikko Möttönen, professeur à l'université Aalto et au Centre finlandais de recherche technique VTT et cofondateur et responsable scientifique d'IQM.

La nouvelle source micro-onde est un dispositif sur puce pouvant être intégré à un processeur quantique. Ne dépassant pas un millimètre, il élimine la nécessité des câbles de contrôle à haute fréquence passant dans différentes températures. Avec cette source micro-onde à faible intensité et basse température, il pourrait être possible d'utiliser des cryostats plus petits, tout en augmentant le nombre qubits dans un processeur.

"Notre dispositif produit cent fois plus de puissance que les précédentes versions, ce qui est suffisant pour contrôler les qubits et effectuer des calculs de logique quantique", explique Möttönen. "Il produit une onde sinusoïdale très précise, oscillant plus d'un milliard de fois par seconde. Dès lors, les erreurs dans les qubits provenant de la source micro-onde sont très peu fréquentes, ce qui est un facteur important pour réaliser des calculs précis de logique quantique."

Toutefois, une source micro-onde à onde continue, comme celle produite par ce dispositif, ne peut être utilisée en l'état pour contrôler les qubits. Les micro-ondes doivent tout d'abord être transformées en impulsions. L'équipe développe actuellement des méthodes pour interrompre et relancer rapidement la source micro-onde.

Même sans solution de commutation pour créer des impulsions, une source micro-onde efficiente, silencieuse et à faible température pourrait s'avérer utile dans diverses technologies quantiques, comme les capteurs quantiques.

"En plus des ordinateurs et des capteurs quantiques, la source micro-onde peut agir comme une horloge pour d'autres dispositifs électroniques. Elle peut maintenir différents éléments au même rythme, leur permettant ainsi d'induire des calculs pour plusieurs qubits avec une synchronisation parfaite", explique Möttönen.

L'analyse théorique et la conception initiale ont été réalisées par Juha Hassel et d'autres chercheurs du VTT. Hassel, qui a lancé ces travaux au VTT, est actuellement chef de l'ingénierie et du développement d'IQM Quantum Computers, le leader paneuropéen des ordinateurs quantiques. Le dispositif a ensuite été fabriqué au VTT et testé par le chercheur postdoctoral Chengyu Yan et ses collègues à l'université Aalto avec l'infrastructure de recherche OtaNano. Yan est actuellement un professeur associé à l'université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine. Les équipes prenant part à ces recherches font partie du centre d'excellence de l'académie finlandaise en technologie quantique et de l'institut finlandais de recherche quantique (InstituteQ).

Article de recherche original

Chengyu Yan, Juha Hassel, Visa Vesterinen, Jinli Zhang, Joni Ikonen, Leif Grönberg, Jan Goetz and Mikko Möttönen, A low-noise on-chip coherent microwave source, Nature Electronics, DOI:10.1038/s41928-021-00680-z (2021)

https://doi.org/10.1038/s41928-021-00680-z (lien accessible une fois l'embargo levé)

Pré-imprimé disponible sur: https://arxiv.org/pdf/2103.07617

Pour des photos supplémentaires, consultez l'infothèque: https://materialbank.aalto.fi/l/sjcg87sHxFfR

À propos d'IQM Quantum Computers

IQM est un chef de file paneuropéen des ordinateurs quantiques.

IQM fournit des capacités d'informatique quantique sur site pour des laboratoires de recherche et des centres de données à supercalculateurs, et offre un accès complet à son infrastructure matérielle. Pour les clients industriels, IQM fournit son avantage quantique par le biais d'une approche de conception conjointe spécifique à l'application.

IQM construit le premier ordinateur quantique à 54 qubits de Finlande avec VTT, et un consortium dirigé par IQM (Q-Exa) construit un ordinateur quantique en Allemagne qui sera intégré au superordinateur HPC afin de créer un accélérateur pour la recherche scientifique de demain. IQM a des bureaux à Bilbao, Munich et Espoo et emploie plus de 130 personnes. Plus d'informations sur: www.meetiqm.com

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