Plan directeur pour les qubits tolérants aux pannes : des scientifiques du Forschungszentrum Jülich et de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle ont conçu un circuit pour ordinateurs quantiques qui est naturellement protégé contre les erreurs courantes

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Proposition d'implémentation matérielle du code QEC. Le circuit se compose de deux jonctions Josephson couplées par un gyrateur, surlignées en rouge. CRÉDIT
M. Rymarz et al., Phys Rev X (2021), https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011032 (CC BY 4.0)

Résumé:
Construire un ordinateur quantique universel est une tâche difficile en raison de la fragilité des bits quantiques, ou qubits en abrégé. Pour faire face à ce problème, différents types de correction d'erreurs ont été développés. Les méthodes conventionnelles le font par des techniques de correction active. En revanche, des chercheurs dirigés par le professeur David DiVincenzo du Forschungszentrum Jülich et de l'Université RWTH Aachen, ainsi que des partenaires de l'Université de Bâle et de QuTech Delft, ont maintenant proposé une conception d'un circuit avec correction d'erreur passive. Un tel circuit serait déjà intrinsèquement protégé contre les pannes et pourrait considérablement accélérer la construction d'un ordinateur quantique avec un grand nombre de qubits.

Plan directeur pour les qubits tolérants aux pannes: des scientifiques du Forschungszentrum Jülich et de l'Université RWTH Aachen ont conçu un circuit pour les ordinateurs quantiques qui est naturellement protégé contre les erreurs courantes

Jülich, Allemagne | Publié le 19 février 2021

Afin de coder des informations quantiques de manière fiable, généralement, plusieurs qubits imparfaits sont combinés pour former un qubit dit logique. Les codes de correction d'erreurs quantiques, ou codes QEC en abrégé, permettent ainsi de détecter les erreurs et de les corriger ultérieurement, de sorte que les informations quantiques soient conservées sur une plus longue période de temps.

En principe, les techniques fonctionnent de manière similaire à la suppression active du bruit dans les écouteurs: dans un premier temps, tout défaut est détecté. Ensuite, une opération corrective est effectuée pour supprimer l'erreur et restaurer les informations dans leur forme pure d'origine.

Cependant, l'application d'une telle correction d'erreurs active dans un ordinateur quantique est très complexe et s'accompagne d'une utilisation intensive du matériel. En règle générale, une électronique complexe de correction d'erreur est requise pour chaque qubit, ce qui rend difficile la construction de circuits avec de nombreux qubits, comme requis pour construire un ordinateur quantique universel.

La conception proposée pour un circuit supraconducteur, d'autre part, a une sorte de correction d'erreur intégrée. Le circuit est conçu de telle manière qu'il est déjà intrinsèquement protégé contre le bruit ambiant tout en restant contrôlable. Le concept contourne ainsi le besoin d'une stabilisation active d'une manière hautement matérielle et serait donc un candidat prometteur pour un futur processeur quantique à grande échelle comportant un grand nombre de qubits.

«En mettant en œuvre un gyrateur - un dispositif à deux ports qui couple le courant sur un port à la tension sur l'autre - entre deux dispositifs supraconducteurs (appelés jonctions Josephson), nous pourrions renoncer à la demande de détection et de stabilisation actives des erreurs: une fois refroidi, le qubit est intrinsèquement protégé contre les types courants de bruit », a déclaré Martin Rymarz, doctorant dans le groupe de David DiVincenzo et premier auteur de l'article, publié dans Physical Review X.

«J'espère que notre travail inspirera les efforts du laboratoire; Je reconnais que cela, comme beaucoup de nos propositions, est peut-être un peu en avance sur son temps », a déclaré David DiVincenzo, directeur fondateur de l'Institut JARA pour l'information quantique de l'Université RWTH Aachen et directeur de l'Institut de nanoélectronique théorique (PGI- 2) au Forschungszentrum Jülich. «Néanmoins, compte tenu de l'expertise professionnelle disponible, nous reconnaissons la possibilité de tester notre proposition en laboratoire dans un avenir prévisible».

David DiVincenzo est considéré comme un pionnier dans le développement des ordinateurs quantiques. Entre autres, son nom est associé aux critères qu'un ordinateur quantique doit remplir, les soi-disant «critères DiVincenzo».

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