Shrink qubits pour l’informatique quantique avec des matériaux atomiques minces


Shrink qubits pour l'informatique quantique avec des matériaux atomiques minces

Micrographie optique de la puce qubit supraconductrice de l’équipe, qui est 1000 fois plus petite que les autres fabriquées à l’aide de techniques de fabrication traditionnelles. Crédit photo : Abhinandan Antony / Columbia Engineering

que les ordinateurs quantiques surpassent leurs homologues classiques en termes de vitesse et de capacité, leurs qubits – circuits supraconducteurs pouvant exister dans une combinaison infinie d’états binaires – doivent être sur la même longueur d’onde. Cependant, y parvenir s’est fait au détriment de la taille. Alors que les transistors des ordinateurs classiques se sont réduits à l’échelle nanométrique, les qubits supraconducteurs sont encore mesurés aujourd’hui en millimètres – un millimètre vaut un million de nanomètres.

Si vous combinez des qubits dans des puces de circuit de plus en plus grandes, vous obtenez une empreinte physique relativement importante, ce qui signifie que les ordinateurs quantiques occupent beaucoup d’ physique. Ce ne sont pas encore des appareils que nous pouvons transporter dans nos sacs à dos ou porter à nos poignets.

Pour réduire les qubits tout en maintenant leurs performances, le domaine a besoin d’une nouvelle façon de construire les condensateurs qui stockent l’énergie qui « propulse » les qubits. En collaboration avec Raytheon BBN Technologies, le laboratoire du professeur Wang Fong-Jen James Hone à Columbia Engineering a récemment démontré un condensateur qubit supraconducteur fabriqué à partir de matériaux 2D qui n’est qu’une fraction de la taille qu’il était auparavant.

Auparavant, pour construire des puces qubit, les ingénieurs devaient utiliser des condensateurs planaires qui mettaient les plaques chargées requises les unes à côté des autres. L’empilement de ces plaques permettrait d’économiser de l’espace, mais les métaux utilisés dans les condensateurs parallèles traditionnels interfèrent avec le stockage des informations sur les qubits. Dans l’ouvrage en cours, publié le 18 novembre dans Nano lettres, Hones Ph.D. Les étudiants Abhinandan Antony et Anjaly Rajendra ont placé une couche isolante de nitrure de bore entre deux plaques chargées en diesel niobium supraconducteur. Ces couches n’ont chacune qu’un seul atome d’épaisseur et sont maintenues ensemble par les forces de van der Waals, la faible interaction entre les électrons. L’équipe a ensuite combiné ses condensateurs avec des circuits en aluminium pour créer une puce à deux qubits, d’une superficie de 109 micromètres carrés et de seulement 35 nanomètres d’épaisseur – 1 000 fois plus petites que les puces fabriquées à l’aide d’approches traditionnelles.

Lorsqu’ils ont refroidi leur puce qubit juste au-dessus du zéro absolu, les qubits ont trouvé la même longueur d’onde. L’équipe a également observé des caractéristiques clés qui montraient que les deux qubits étaient intriqués et agissaient comme une unité, un phénomène connu sous le nom de cohérence . cela signifierait que l’état quantique du qubit pourrait être manipulé et lu via des impulsions électriques, a déclaré Hone. Le temps de cohérence était court – un peu plus d’une microseconde contre environ 10 microsecondes pour un condensateur coplanaire de construction conventionnelle, mais ce n’est qu’une première étape dans l’exploration de l’ de matériaux 2D dans ce domaine, a-t-il déclaré.

Un autre travail de chercheurs du MIT, publié sur arXiv en août, a également utilisé du diséléniure de niobium et du nitrure de bore pour construire des condensateurs à plaques parallèles pour les qubits. Les appareils examinés par l’équipe du MIT ont montré des temps de cohérence encore plus longs – jusqu’à 25 microsecondes – suggérant qu’il y a encore de la place pour une amélioration des performances.
À partir de là, Hone et son équipe continueront d’affiner leurs techniques de fabrication et de tester d’autres types de matériaux 2D pour augmenter les temps de cohérence, qui reflètent la durée pendant laquelle le qubit stocke les informations. Les nouvelles conceptions d’appareils devraient être en mesure de réduire encore plus les choses, a déclaré Hone, en combinant les éléments en une seule pile van der Waals ou en utilisant des matériaux 2D pour d’autres parties du circuit.

« Nous savons maintenant que les matériaux 2D pourraient être la clé pour rendre l’informatique quantique possible », a déclaré Hone. « Cela ne fait que commencer, mais des découvertes comme celle-ci inciteront les chercheurs du monde entier à réfléchir à de nouvelles utilisations des matériaux 2D.


IBM annonce le développement d’un processeur quantique de 127 qubits


Plus d’information:
Abhinandan Antony et al., Miniaturisation des qubits transmonaux avec les matériaux de Van der Waals, Nano lettres (2021). DOI : 10.1021 / acs.nanolett.1c04160

Fourni par Columbia University School of Engineering and Applied Science

Citation: Shrinking qubits for quantum computer with atom-thin Materials (2021, 30 novembre), consulté le 30 novembre 2021 sur https://phys.org/news/2021-11-qubits-quantum-atom-thin-materials.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. À l’exception du commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire