Des chercheurs canadiens apprivoisent les qubits de barium

Grâce à la lumière laser, des chercheurs ont mis au point la méthode la plus robuste connue à ce jour pour contrôler des qubits individuels composés de l’élément chimique barium. La capacité de contrôler de manière fiable un qubit est une réalisation importante pour la concrétisation de futurs ordinateurs quantiques fonctionnels.

Une méthode laser robuste pour contrôler les qubits de barium

À l’aide de la lumière laser, des chercheurs ont développé la méthode la plus robuste connue à ce jour pour contrôler des qubits individuels composés de l’élément chimique barium. La capacité de contrôler de manière fiable un qubit est une réalisation importante pour la réalisation de futurs ordinateurs quantiques fonctionnels.

Cette nouvelle méthode, développée à l’Institut de l’informatique quantique de l’Université de Waterloo, utilise un petit guide d’ondes en verre pour séparer les faisceaux laser et les focaliser à quatre microns de distance, soit environ quatre centièmes de la largeur d’un seul cheveu humain. La précision et l’étendue dans lesquelles chaque faisceau laser focalisé sur sa cible qubit peut être contrôlé en parallèle sont inégalées par les recherches précédentes.

Un contrôle précis des qubits voisins

« Notre conception limite la quantité de diaphonie – la quantité de lumière tombant sur les ions voisins – à l’intensité relative très faible de 0,01%, ce qui est parmi les meilleurs de la communauté quantique », a déclaré le Dr K. Rajibul Islam, professeur à l’IQC et au Département de physique et d’astronomie de Waterloo.

« Contrairement aux méthodes précédentes pour créer des commandes agiles sur des ions individuels, les modulateurs à base de fibres ne s’affectent pas mutuellement. Cela signifie que nous pouvons parler à n’importe quel ion sans affecter ses voisins tout en conservant la capacité de contrôler chaque ion individuel dans la plus grande mesure possible. Il s’agit du système de contrôle de qubits ioniques le plus flexible avec cette haute précision que nous connaissions, dans le milieu universitaire comme dans l’industrie. »

Les chercheurs ont ciblé les ions de barium, qui deviennent de plus en plus populaires dans le domaine de l’informatique quantique piégée. Les ions de barium ont des états d’énergie pratiques qui peuvent être utilisés comme les niveaux zéro et un d’un qubit et être manipulés avec de la lumière verte visible, contrairement à la lumière ultraviolette de plus haute énergie nécessaire pour d’autres types d’atomes pour la même manipulation.

Cette nouvelle méthode de guide d’ondes démontre une méthode de contrôle simple et précise, démontrant son potentiel pour manipuler des ions afin d’encoder et de traiter des données quantiques et pour une mise en œuvre dans la simulation et l’informatique quantiques.

En synthèse

Cette recherche ouvre la voie au développement de futurs ordinateurs quantiques grâce à une méthode de contrôle des qubits de barium robuste et précise. Bien que des défis restent à relever, ce travail à l’Université de Waterloo est prometteur pour la manipulation d’ions en vue du traitement quantique de l’information.

Pour une meilleure compréhension

Quelle nouvelle méthode les chercheurs ont-ils développée ?

Ils ont développé une méthode utilisant la lumière laser pour contrôler des qubits individuels de barium.

En quoi cette méthode est-elle plus précise que les précédentes ?

Elle limite la diaphonie, c’est-à-dire l’impact sur les qubits voisins, à seulement 0,01% d’intensité.

Pourquoi cibler les ions de barium ?

Ils peuvent être manipulés avec de la lumière verte visible, plus facile d’accès que l’ultraviolet nécessaire pour d’autres atomes.

Quel est l’objectif à long terme ?

Développer des ordinateurs quantiques fonctionnels grâce à un meilleur contrôle des qubits.

L’article, intitulé « A guided light system for agile individual addressing of Ba+ qubits with 10-4 level intensity crosstalk« , a été publié par Ali Binai-Motlagh, Dr. Matt Day, Nikolay Videnov, Noah Greenberg, Senko et Islam dans Quantum Science and Technology.