SQ-CARS réduit de 10 fois le coût des expériences quantiques

Les ordinateurs quantiques sont en passe de transformer notre compréhension des problèmes informatiques complexes. Cependant, les défis liés à la connexion de l’électronique classique à ces systèmes quantiques demeurent.

Dans ce nouvel article, nous allons voir comment une équipe de chercheurs a développé un système innovant, le Scalable Quantum Control and Readout System (SQ-CARS), pour relever ces défis et ouvrir la voie à des expériences quantiques avancées à moindre coût et encombrement réduit.

Les défis de la connexion entre électronique classique et qubits

Les qubits, éléments de base des ordinateurs quantiques, nécessitent des signaux électromagnétiques à haute fréquence (GHz) pour le contrôle et la lecture de leurs états quantiques. La configuration traditionnelle pour générer et capturer de tels signaux est souvent coûteuse et complexe, avec de nombreux composants.

Une solution possible consiste à développer un système spécifique basé sur FPGA qui regroupe toutes les fonctionnalités des équipements traditionnels sur une seule carte. Toutefois, trois défis principaux doivent être pris en compte : la génération et la capture de signaux micro-ondes de haute fidélité, la scalabilité et une interface conviviale.

Le système SQ-CARS : une réponse innovante

Dans une nouvelle étude, des chercheurs des départements de physique et d’ingénierie des systèmes électroniques de l’IISc ont relevé ces défis en développant le Scalable Quantum Control and Readout System (SQ-CARS), en utilisant une carte FPGA Xilinx RFSoC.

L’équipe a testé leur système SQ-CARS en menant différentes expériences avec des qubits transmon supraconducteurs et en le comparant à la configuration traditionnelle.

« SQ-CARS est une plateforme électronique très polyvalente qui a été largement optimisée en termes de vitesse, d’échelle, de complexité et de coût, tout en mesurant des dispositifs multi-qubits dans le domaine des micro-ondes », déclare Vibhor Singh, professeur associé au département de physique de l’IISc et co-auteur de l’étude. « À ma connaissance, il s’agit du premier effort de ce type en deep-tech en Inde. »

Une plateforme évolutive et conviviale pour les physiciens

Avec SQ-CARS, les chercheurs ont développé une plateforme évolutive et conviviale permettant aux physiciens de mener des expériences quantiques avancées à une fraction du coût (plus de 10 fois moins cher) et avec une réduction considérable de la taille.

« Le défi principal dans le développement d’ordinateurs quantiques pratiques est d’intégrer un grand nombre de qubits avec des contrôles et des systèmes de lecture électroniques. Ce travail pose les bases pour des processeurs quantiques indigènes évolutifs », explique Chetan Singh Thakur, professeur associé au département d’ingénierie des systèmes électroniques de l’IISc et co-auteur de l’étude.

En synthèse

Le système SQ-CARS représente une avancée significative dans le domaine des ordinateurs quantiques, en proposant une solution innovante pour connecter l’électronique classique aux qubits. Cette plateforme évolutive et conviviale permet aux chercheurs de mener des expériences quantiques avancées à moindre coût et encombrement réduit, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles découvertes et applications dans le domaine de l’informatique quantique.

Légende illustration principale : Système de contrôle et de lecture pour processeur quantique. Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre certains problèmes de calcul beaucoup plus rapidement que les ordinateurs ordinaires en utilisant des propriétés quantiques spécifiques. Les éléments de base de ces machines sont appelés bits quantiques ou qubits. Les qubits peuvent être réalisés à l’aide de plusieurs plates-formes physiques telles que les spins nucléaires, les ions piégés, les atomes froids, les photons et les circuits Josephson supraconducteurs. Plusieurs de ces qubits fonctionnent dans le domaine des micro-ondes et nécessitent une électronique spécialisée à température ambiante pour le contrôle et la lecture des états quantiques des qubits. Crédit : Indian Institute of Science (IISc)

Article : « SQ-CARS: A Scalable Quantum Control and Readout System » – DOI: 10.1109/TIM.2023.3305656