Des physiciens de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ont trouvé un nouveau moyen de protéger l'information quantique : la protéger avec du son. Un flux constant d'ondes sonores peut protéger un bit quantique fragile, ou qubit, du bruit environnant, triplant presque la durée pendant laquelle il conserve ses données.
Pourquoi les qubits perdent leur mémoire
Les qubits sont les éléments constitutifs des futurs ordinateurs quantiques. Ils stockent l'information dans des états quantiques délicats qui sont faciles à perturber. La chaleur, les champs électromagnétiques parasites et les vibrations quotidiennes font perdre rapidement leurs données aux qubits — un problème connu sous le nom de décohérence. Maintenir un qubit stable assez longtemps pour effectuer des calculs est l'un des défis les plus difficiles du domaine.
Un bouclier sonore pour les états quantiques fragiles
L'équipe de Harvard a adopté une approche différente. Au lieu d'essayer de bloquer le bruit, ils ont utilisé des vibrations mécaniques — des ondes sonores — pour "habiller" le qubit et le protéger de son environnement. Dans des expériences rapportées dans Nature Physics, le bouclier sonore a presque triplé la durée pendant laquelle le qubit conservait l'information.
Dans une démonstration connexe, un groupe de Cornell a appliqué une protection de cohérence entièrement mécanique à un spin de lacune de silicium dans le diamant. Parce que la protection est mécanique plutôt qu'électrique, elle évite les interférences électromagnétiques qui perturbent souvent les systèmes quantiques. Les ondes sonores peuvent également être routées sur puce, ce qui rend la méthode pratique pour les dispositifs réels.
Ce qui vient ensuite
Les résultats pointent vers des réseaux quantiques basés sur le son construits sur puces, et vers des systèmes hybrides qui combinent plusieurs types de technologie quantique dans un seul dispositif. Les chercheurs affirment que la méthode est plus simple que de nombreux schémas de protection existants et pourrait être combinée avec eux. La construction d'ordinateurs quantiques fiables prendra encore des années, mais les qubits protégés par le son éliminent un obstacle de plus sur la route.
La protection basée sur le son a également un avantage pratique : les signaux acoustiques peuvent être guidés le long de minuscules canaux sur une puce, de sorte que la même technologie de fabrication utilisée pour la microélectronique actuelle peut être adaptée aux dispositifs quantiques. Les équipes de Harvard et de Cornell affirment que la prochaine étape consiste à tester l'approche dans des réseaux plus grands de qubits, où le bruit et les interférences se multiplient.