Processeurs quantiques supraconducteurs

Processeurs quantiques supraconducteurs
Processeurs quantiques supraconducteurs - Cinq modules quantiques interconnectés par de nouvelles interconnexions quantiques à faible perte. Crédits : Yan Qiu

Les systèmes informatiques, connus sous le nom de processeurs quantiques, utilisent la mécanique quantique pour traiter les données et effectuer des calculs. Pour certaines tâches, ces systèmes peuvent nettement surpasser les processeurs traditionnels en termes de vitesse et de puissance de calcul.

Au cours de la dernière décennie, les ingénieurs ont créé un certain nombre de systèmes informatiques quantiques prometteurs, mais faire évoluer ces systèmes et s'assurer qu'ils peuvent être utilisés à grande échelle reste un défi. La fabrication de systèmes modulaires avec plusieurs petits modules quantiques pouvant être calibrés individuellement puis combinés dans une architecture plus grande est un moyen d'augmenter l'évolutivité des processeurs quantiques. Cependant, cela nécessite des interconnexions adaptées et efficaces (c'est-à-dire des dispositifs qui relient ces petits modules entre eux).

Des interconnexions à faible perte ont récemment été créées par des scientifiques de la Southern University of Science and Technology, de l'International Quantum Academy et d'autres institutions en Chine pour interconnecter divers modules dans des processeurs quantiques supraconducteurs modulaires. Publiées à l'origine dans Nature Electronics, ces interconnexions sont construites sur des transformateurs d'impédance et des fils d'aluminium pur.

Youpeng Zhong, l'un des chercheurs qui a dirigé l'étude, a déclaré à Tech Xplore : « Notre publication actuelle s'appuie sur les principes fondamentaux de ma recherche postdoctorale que j'ai effectuée à l'Université de Chicago et qui a été publiée dans Nature il y a deux ans. Dans cette recherche, j'ai connecté deux processeurs quantiques à l'aide d'un câble coaxial supraconducteur en niobium-titane (NbTi).

Dans l'une de ses recherches précédentes, Zhong a tenté de connecter deux ordinateurs quantiques différents à l'aide de câbles supraconducteurs NbTi, qui sont souvent utilisés pour concevoir des systèmes cryogéniques/quantiques. Il a essayé de câbler les puces quantiques au câble NbTi connecté afin de réduire la perte de connexion.

Lorsque cela s'est avéré extrêmement difficile, Zhong a déclaré: «J'ai pensé à essayer de nouveaux câbles constitués d'autres métaux supraconducteurs tels que l'aluminium, qui est le même matériau que nos circuits quantiques. « Les câbles coaxiaux en aluminium pur ne sont pas facilement accessibles dans le commerce, car ils entraînent moins de pertes et sont plus difficiles à souder que le cuivre, ce qui les rend inadaptés aux applications de câblage standard. De plus, la température de transition supraconductrice est inférieure à la température de l'hélium liquide.

À l'exception des applications impliquant une connectivité quantique, les applications nécessitant un câble coaxial en aluminium pur sont rares.

Zhong a spécifiquement acheté des câbles coaxiaux en aluminium pur pour ses interconnexions innovantes à faible perte et y a intégré des transformateurs d'impédance intégrés. Les interconnexions résultantes étaient plus faciles à connecter aux puces quantiques et avaient des pertes beaucoup plus faibles (d'un ordre de grandeur) que les interconnexions conventionnelles construites à l'aide de câbles NbTi.

Selon Zhong, les câbles en aluminium pur se sont avérés être l'option idéale pour les interconnexions quantiques. Nos interconnexions consistent en une connexion filaire entre le câble et la puce quantique, une ligne de transmission quart d'onde agissant comme un transformateur d'impédance sur la puce quantique et un câble coaxial en aluminium sur mesure. La jonction de câble est convertie par le transformateur d'impédance dans l'interconnexion de l'équipe en un nœud de courant d'un mode d'onde stationnaire, qui est utilisé pour transférer des états quantiques. En conséquence, la perte de résistance à la jonction entre plusieurs processeurs quantiques est fortement réduite.

"Nos résultats nous rappellent le potentiel d'amélioration que nous pouvons avoir si nous sortons des sentiers battus", a déclaré Zhong. « Par exemple, les travaux de Charles Kao ont jeté les bases des fibres optiques telles que nous les connaissons tous aujourd'hui : avec une perte record de 0,2 dB/km, elles sont devenues l'épine dorsale du réseau de communication mondial moderne, indispensable pour les communications à courte et longue distance. . L'impact transformateur de cette recherche hautement technique et presque négligée en science des matériaux lui a valu la moitié du prix Nobel de physique 2009. Un autre exemple est l'utilisation de l'acier inoxydable pour le Starship Mars Rocket d'Elon Musk.

Les dernières recherches de ce groupe de scientifiques démontrent l'énorme potentiel des câbles en aluminium pour créer des interconnexions efficaces pour interconnecter les modules de traitement dans les ordinateurs quantiques modulaires. Dans un avenir proche, d'autres systèmes modulaires pourraient utiliser l'interconnexion à faible perte développée par Zong et ses collègues, faisant avancer les tentatives en cours pour concevoir des processeurs quantiques plus évolutifs.

Zhong a poursuivi: «L'une de mes futures priorités de recherche est d'étudier les portes d'intrication quantique entre divers ordinateurs quantiques. "Un autre essaie d'assembler un grand nombre de modules pour augmenter la taille des processeurs quantiques."

Source : techxplore.com/news

📩 11/03/2023 13:01

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