Le mouvement vers la RAM quantique se fera-t-il avec des impulsions micro-ondes ?

Le voyage vers la RAM quantique se fera-t-il avec des impulsions micro-ondes ?
Le chemin vers la RAM quantique passera-t-il par des impulsions micro-ondes - Des chercheurs ont développé un dispositif RAM à partir d'une puce de silicium intégrée avec un résonateur de circuit supraconducteur et des atomes de bismuth. Les impulsions micro-ondes chirpées transfèrent les informations quantiques dans les deux sens entre le résonateur et les atomes de bismuth, et les informations sont stockées dans les états de spin des atomes. - APS/Carin Caïn

Un nouveau système de RAM quantique est beaucoup plus efficace sur le plan matériel que les modèles précédents, car il lit et écrit des données à l'aide d'impulsions électromagnétiques audibles et de résonateurs supraconducteurs.

La mémoire vive d'un ordinateur, également connue sous le nom de RAM, agit comme une banque de mémoire à court terme à partir de laquelle les données peuvent être rapidement rappelées. La RAM est utilisée par les applications sur votre téléphone ou votre ordinateur afin que vous puissiez basculer entre les tâches instantanément. En théorie, des composants de RAM quantique comparables pourraient accélérer l'exécution d'un algorithme quantique ou augmenter la densité d'informations pouvant être stockées dans un processeur quantique, selon des chercheurs travaillant sur des ordinateurs quantiques. James O'Sullivan du London Centre for Nanotechnology a démontré une méthode matérielle efficace pour stocker et récupérer des informations quantiques dans les spins atomiques à l'aide d'impulsions micro-ondes chirpées, une étape importante vers la réalisation de la RAM quantique.

Les démonstrations expérimentales de dispositifs de mémoire quantique, comme l'informatique quantique, en sont encore à leurs balbutiements. Les circuits supraconducteurs à base de métal sont utilisés dans l'une des plates-formes informatiques quantiques à base de puces les plus populaires. Les qubits supraconducteurs utilisés dans l'unité centrale de traitement de ce système transmettent et reçoivent des données via des photons micro-ondes. Cependant, il n'existe actuellement aucune technologie de mémoire quantique capable de stocker ces photons de manière stable pendant de longues périodes. Heureusement, les scientifiques ont quelques suggestions.

L'utilisation de spins d'atomes d'impuretés dans la puce du circuit supraconducteur est l'un de ces concepts. L'une des propriétés quantiques fondamentales d'un atome est le spin. Il est aligné avec ou contre un champ magnétique appliqué, tel qu'une aiguille de boussole interne.

Stockage des informations quantiques

Ces deux alignements, qui peuvent être utilisés pour stocker des informations quantiques, peuvent être comparés aux 0 et aux 1 d'un bit classique. Les spins des atomes d'impuretés peuvent agir comme un dispositif de mémoire "multimodal" qui stocke simultanément les informations de nombreux photons s'il y en a beaucoup sur la puce.

Les temps de stockage des informations des spins atomiques peuvent être beaucoup plus longs que ceux des qubits supraconducteurs. Par exemple, des études ont montré que les dispositifs au silicium contenant des atomes de bismuth peuvent conserver des informations quantiques pendant plus d'une seconde.

On peut se demander pourquoi les qubits de spin ne sont pas utilisés à la place des qubits supraconducteurs. Il existe en effet des équipes de recherche qui développent des ordinateurs quantiques à base d'atomes, mais la manipulation et la mesure des spins atomiques présentent des défis particuliers.

Les qubits supraconducteurs et les spins atomiques sont combinés de manière hybride, mais dans ce cas, l'utilisation de photons micro-ondes pour transporter des données entre les deux systèmes s'est avérée difficile. Les chercheurs ont déjà démontré qu'un ensemble de spins atomiques peut absorber et recevoir des informations provenant de photons micro-ondes, mais ces expériences ont nécessité l'utilisation de circuits supraconducteurs spéciaux ou de forts gradients de champ magnétique, ce qui complique le matériel d'une mémoire quantique.

O'Sullivan et ses collègues présentent une approche sophistiquée et efficace du matériel pour le stockage et la récupération des informations sur les photons micro-ondes. Un circuit résonateur supraconducteur monté sur une puce de silicium recouverte d'atomes de bismuth est l'invention de l'équipe.

L'équipe a inséré de faibles excitations micro-ondes contenant environ 1000 XNUMX photons dans le résonateur ; ces photons ont été absorbés par les spins des atomes de bismuth. Ils ont ensuite utilisé des impulsions micro-ondes électromagnétiques à fréquence croissante pour frapper le résonateur, créant un effet de gazouillis. De cette façon, un identificateur de "phase" spécial, qui capture les positions relatives des balises des spins proches, a été imprimé sur les spins par les informations quantiques contenues dans les photons. L'équipe a ensuite retrouvé cette information en appliquant une impulsion identique à la collection de spins, dont ils ont découvert qu'elle inversait cette phase imprimée et retransmettait les photons au circuit supraconducteur.

Stockage de données avec des impulsions micro-ondes

O'Sullivan et ses collègues montrent que les systèmes de mémoire peuvent stocker simultanément de nombreux paquets de données photoniques sous forme de quatre impulsions micro-ondes faibles. Plus important encore, ils montrent que les données peuvent être relues dans n'importe quel ordre, ce qui prouve que leur outil fonctionne vraiment comme une RAM.

L'équipe affirme avoir atteint une efficacité de 3% lors de ce premier test, suggérant que la mémoire a perdu la plupart des informations. En conséquence, leur technologie est encore loin de fournir le stockage et la récupération fiables requis pour un futur ordinateur quantique. Selon l'examen des causes possibles, la raison de cette faible efficacité n'est pas le processus de transfert mais plutôt le potentiel d'amélioration de l'appareil.

Le groupe pense pouvoir augmenter considérablement l'efficacité de l'appareil en augmentant les rotations.

En plus de stocker des informations, les composants de RAM quantique peuvent également aider à augmenter la densité de qubit dans un processeur quantique. IBM a présenté le projet Goldeneye, un réfrigérateur à dilution massive, en septembre. Cette bête super froide, qui abritera l'ordinateur quantique supraconducteur de nouvelle génération d'IBM, a un volume plus important que trois congélateurs standard. Étant donné que les ordinateurs quantiques supraconducteurs actuellement disponibles ont une densité inférieure à 100 qubits par millimètre carré, il est clair pourquoi IBM a besoin d'un si grand réfrigérateur. Ce problème de taille pourrait un jour être résolu par le dispositif de mémoire quantique basé sur le spin développé par O'Sullivan et ses collègues, qui peut théoriquement stocker plusieurs états de qubit dans l'espace actuellement occupé par un seul.

Source : physics.aps.org/articles/v15/168

 

 

 

Günceleme: 23/01/2023 16:26

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