Une équipe de chercheurs de l’Université de Chicago a atteint une densité de qubits sans précédent grâce à une nouvelle conception quantique hybride. En exploitant deux types de qubits, les chercheurs ont pu regrouper 512 unités de calcul quantique dans le même réseau, établissant ainsi un nouveau record dans le processus. Cependant, tous ces qubits ne sont pas égaux ; et c’est par conception. La recherche pourrait mettre au premier plan les conceptions d’informatique quantique hybride pour permettre une mise à l’échelle quantique plus efficace.
Les réseaux de qubits typiques sont tous constitués du même type de qubits fonctionnant en tandem intriqué (qu’ils soient basés sur des ions piégés, des supraconducteurs topologiques ou de la photonique, pour n’en nommer que quelques-uns). Cela permet aux concepteurs de systèmes d’appeler toutes les ressources informatiques (qubits) avec la même technique tout en rationalisant les exigences de cohérence des qubits. Les implémentations de qubit spécifiques sont plus sensibles à certaines conditions environnementales ou de collecte de données, de sorte que les chercheurs et les concepteurs de systèmes quantiques durcissent leurs systèmes pour ces conditions.
En plus de favoriser des environnements plus contrôlables, la construction de matrices à partir du même type de qubit permet d’adresser des qubits en nombre toujours plus grand, débloquant des performances plus élevées ou des opérations de couche de circuit plus complexes (CLOPS), qui est l’unité de travail proposée par IBM pour l’informatique quantique. Des problèmes surviennent lorsque vient le temps d’effectuer des mesures sur les résultats des calculs ou lorsque certains paramètres de la charge de travail doivent être mis à jour. Cependant, même le moindre changement dans l’environnement des qubits peut provoquer une décohérence catastrophique ou, à tout le moins, introduire des erreurs dans les calculs. Ce problème est exacerbé dans les tableaux de qubits similaires, car l’interaction avec un seul qubit peut avoir des effets de débordement involontaires vers ses voisins, détruisant leur cohérence.
Eh bien, il s’avère que l’appariement de deux types de qubits différents dans le même tableau permet d’effectuer des mesures et des opérations sans affecter la cohérence de l’autre. Les chercheurs de l’Université de Chicago ont créé un réseau hybride avec des parts égales de qubits de césium et de rubidium – 256 chacun pour 512 au total – placés en alternance. En raison de cette conception de dépôt, chaque atome est entouré d’atomes de l’autre élément. Étant donné que chacun de ces éléments nécessite une longueur d’onde laser spécifique pour l’interaction, cela signifie que la modification ou la lecture de l’état d’un atome de césium (ou d’un groupe d’atomes de césium) peut être effectuée tout en minimisant les interférences avec les qubits à base de rubidium, car ils ne sont pas sensibles à les mêmes longueurs d’onde laser (l’inverse est également vrai).
« Lorsque vous faites ces expériences avec des atomes uniques, à un moment donné, vous perdez les atomes », a déclaré Hannes Bernien, chercheur principal de l’étude. « Et puis vous devez toujours réinitialiser votre système en créant d’abord un nouveau nuage froid d’atomes et en attendant que les atomes individuels soient à nouveau piégés par les lasers. Mais grâce à cette conception hybride, nous pouvons faire des expériences avec ces espèces séparément. . Nous pouvons faire une expérience avec des atomes d’un élément, pendant que nous actualisons les autres atomes, puis nous changeons pour avoir toujours des qubits disponibles. »
La conception des chercheurs ouvre ainsi la porte à une disponibilité plus élevée des qubits – un ensemble d’atomes peut être utilisé pour calculer tandis que l’autre est rechargé et alimenté par des charges de travail ultérieures. C’est, en soi, un exploit, car il s’agit du premier réseau de qubits au monde capable de fonctionner en continu, avec un temps d’arrêt théorique de zéro. La recherche ouvre également la voie à des scénarios d’informatique quantique plus polyvalents. Étant donné que les différents éléments qubit fonctionnent indépendamment, le tableau peut être conçu pour qu’un groupe de qubits fonctionne comme mémoire système, tandis que l’autre est utilisé comme une sorte de CPU, effectuant des opérations sur les données et les résultats stockés dans le premier. Il faudra du temps avant que la recherche ne se traduise par des produits réels – si jamais – mais la porte est maintenant entrouverte pour des nombres de qubits plus importants tout en maintenant la facilité de lecture.