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30 novembre 2020

par University of New South Wales

Des chercheurs du Centre d’excellence pour le calcul quantique et la technologie de la communication (CQC2T) travaillant avec Silicon Quantum Computing (SQC) ont localisé le “ sweet spot ” pour le positionnement des qubits dans le silicium pour faire évoluer les processeurs quantiques basés sur des atomes

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La création de bits quantiques, ou qubits, en plaçant précisément des atomes de phosphore dans du silicium – la méthode mise au point par la directrice du CQC2T, la professeure Michelle Simmons – est une approche de pointe dans le développement d’un ordinateur quantique en silicium

Dans la recherche de l’équipe, publiée aujourd’hui dans Nature Communications, le placement de précision s’est avéré essentiel pour développer des interactions robustes – ou couplage – entre qubits

“Nous avons localisé la position optimale pour créer des interactions reproductibles, fortes et rapides entre les qubits”, déclare le professeur Sven Rogge, qui a dirigé la recherche.

“Nous avons besoin de ces interactions robustes pour concevoir un processeur multi-qubit et, finalement, un ordinateur quantique utile”

Les portes à deux qubits – le bloc de construction central d’un ordinateur quantique – utilisent les interactions entre des paires de qubits pour effectuer des opérations quantiques Pour les qubits atomiques dans le silicium, des recherches antérieures ont suggéré que pour certaines positions dans le cristal de silicium, les interactions entre les qubits contiennent une composante oscillatoire qui pourrait ralentir les opérations de grille et les rendre difficiles à contrôler

“Pendant près de deux décennies, la nature oscillatoire potentielle des interactions a été prédit comme un défi pour la mise à l’échelle”, Prof Rogge dit

“Maintenant, grâce à de nouvelles mesures des interactions des qubits, nous avons développé une compréhension approfondie de la nature de ces oscillations et proposons une stratégie de placement de précision pour rendre l’interaction entre les qubits robuste C’est un résultat que beaucoup croyaient impossible”

Les chercheurs disent qu’ils ont maintenant découvert qu’exactement où vous placez les qubits est essentiel pour créer des interactions fortes et cohérentes Cette idée cruciale a des implications importantes pour la conception de processeurs à grande échelle

“Le silicium est un cristal anisotrope, ce qui signifie que la direction dans laquelle les atomes sont placés peut influencer considérablement les interactions entre eux”, explique le Dr Benoit Voisin, auteur principal de la recherche

“Bien que nous connaissions déjà cette anisotropie, personne n’avait exploré en détail comment elle pouvait réellement être utilisée pour atténuer la force d’interaction oscillante”

“Nous avons constaté qu’il existe un angle spécial, ou sweet spot, dans un plan particulier du cristal de silicium où l’interaction entre les qubits est la plus résiliente Il est important de noter que ce point idéal est réalisable en utilisant les techniques de lithographie existantes au microscope à effet tunnel (STM) développées à l’UNSW”

“En fin de compte, le problème et sa solution proviennent directement des symétries cristallines, donc c’est une belle torsion”

À l’aide d’un STM, l’équipe est en mesure de cartographier la fonction d’onde des atomes dans des images 2D et d’identifier leur emplacement spatial exact dans le cristal de silicium – démontré pour la première fois en 2014 avec une recherche publiée dans Nature Materials et avancée en 2016 Papier Nature Nanotechnology

Dans les dernières recherches, l’équipe a utilisé la même technique STM pour observer les détails à l’échelle atomique des interactions entre les qubits d’atomes couplés

“En utilisant notre technique d’imagerie d’état quantique, nous avons pu observer pour la première fois à la fois l’anisotropie de la fonction d’onde et l’effet d’interférence directement dans le plan – c’était le point de départ pour comprendre comment ce problème se produit”, explique le Dr Voisin

“Nous avons compris que nous devions d’abord déterminer l’impact de chacun de ces deux ingrédients séparément, avant de regarder l’image complète pour résoudre le problème – c’est ainsi que nous pourrions trouver ce sweet spot, qui est facilement compatible avec le précision de placement atomique offerte par notre technique de lithographie STM”

Les scientifiques de l’UNSW au CQC2T mènent le monde dans la course à la construction d’ordinateurs quantiques basés sur des atomes en silicium Les chercheurs du CQC2T et de sa société de commercialisation associée SQC sont la seule équipe au monde à avoir la capacité de voir la position exacte de leurs qubits à l’état solide.

En 2019, le groupe Simmons a franchi une étape importante dans son approche de placement de précision: l’équipe a d’abord construit la porte à deux qubits la plus rapide en silicium en plaçant deux qubits d’atome rapprochés, puis en observant et en mesurant de manière contrôlable leurs états de spin dans temps réel La recherche a été publiée dans Nature

Maintenant, avec les dernières avancées de l’équipe Rogge, les chercheurs de CQC2T et SQC sont en mesure d’utiliser ces interactions dans des systèmes à plus grande échelle pour des processeurs évolutifs

“La capacité d’observer et de placer précisément les atomes dans nos puces en silicium continue de fournir un avantage concurrentiel pour la fabrication d’ordinateurs quantiques en silicium”, déclare le Prof Simmons

Les équipes combinées Simmons, Rogge et Rahman travaillent avec SQC pour construire le premier ordinateur quantique commercial utile en silicium Co-implanté avec CQC2T sur le campus UNSW de Sydney, l’objectif de SQC est de construire le processeur quantique de la plus haute qualité et le plus stable

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Recherche, Qubit, calcul quantique, Atom, Michelle Simmons, informatique

Actualités – États-Unis – Atteindre le «sweet spot» quantique: les chercheurs trouvent la meilleure position pour les qubits atomiques dans le silicium
Titre associé :
Atteindre le quantum & # 39; sweet spot& # 39 ;: Les chercheurs trouvent la meilleure position pour les qubits d’atomes dans le silicium
Les chercheurs cartographient les électrons pour se rapprocher de meilleurs ordinateurs quantiques
Atteindre le quantum & # 39; sweet spot& # 39 ;: les chercheurs trouvent la meilleure position pour les qubits atomiques dans le silicium

Source: https://phys.org/news/2020-11-quantum-sweet-position-atom-qubits.html

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