Des scientifiques viennent de montrer comment les ordinateurs quantiques pourraient être basés sur des ondes sonores

Un éventail étrange et merveilleux de technologies rivalisent pour devenir le porte-drapeau de l'informatique quantique. Le dernier concurrent veut encoder des informations quantiques dans des ondes sonores.

Une chose que tous les ordinateurs quantiques ont en commun est le fait qu'ils manipulent des informations codées dans des états quantiques. Mais c'est là que s'arrêtent les similitudes, car ces états quantiques peuvent être induits dans tout, des circuits supraconducteurs aux ions piégés, aux atomes ultra-refroidis, aux photons et même aux puces de silicium.

Bien que certaines de ces approches aient attiré plus d'investissements que d'autres, nous sommes encore loin de l'établissement d'une plate-forme commune par l'industrie. Et dans le monde de la recherche académique, l'expérimentation foisonne encore.

Maintenant, une équipe de l'Université de Chicago a fait les premiers pas cruciaux vers la construction d'un ordinateur quantique capable de coder des informations en phonons, les unités quantiques fondamentales qui composent les ondes sonores de la même manière que les photons constituent les faisceaux lumineux.

Les principes de base de la création d'un ordinateur quantique "phononique" sont assez similaires à ceux utilisés dans les ordinateurs quantiques "photoniques". Les deux impliquent de générer et de détecter des particules individuelles, ou quasi-particules, et de les manipuler à l'aide de séparateurs de faisceau et de déphaseurs. Les phonons sont des quasi-particules, car bien qu'ils agissent comme des particules en ce qui concerne la mécanique quantique, ils sont en fait constitués du comportement collectif d'un grand nombre d'atomes.

Le groupe de Chicago avait déjà démontré qu'il pouvait générer des phonons individuels à l'aide d'ondes acoustiques de surface, qui voyagent le long de la surface d'un matériau à des fréquences environ un million de fois supérieures à ce qu'un humain peut entendre, et les utiliser pour transférer des informations quantiques entre deux qubits supraconducteurs. .

Mais dans un nouvel article publié dans Science, les chercheurs présentent le premier séparateur de faisceau phononique, qui, comme son nom l'indique, est conçu pour séparer les ondes acoustiques. Ce composant est un ingrédient essentiel pour un ordinateur quantique phononique car il permet de tirer parti des phénomènes quantiques tels que la superposition, l'intrication et les interférences.

Leur configuration implique deux qubits supraconducteurs fabriqués sur des morceaux plats de saphir, reliés entre eux par un canal en niobate de lithium. Chaque qubit est connecté via un coupleur accordable à un dispositif appelé transducteur, qui convertit les signaux électriques en signaux mécaniques.

Ceci est utilisé pour générer des vibrations qui créent les phonons individuels dans le canal reliant les qubits, qui comporte un séparateur de faisceau composé de 16 doigts métalliques parallèles au milieu. L'ensemble de la configuration est refroidi juste au-dessus du zéro absolu.

Pour démontrer les capacités de leur système, les chercheurs ont d'abord excité l'un des qubits pour qu'il génère un seul phonon. Celui-ci a voyagé le long du canal jusqu'au séparateur de faisceau, mais comme les particules quantiques comme les phonons sont fondamentalement indivisibles, au lieu de se diviser, il est entré dans une superposition quantique.

Cela fait référence à la capacité d'un système quantique à être dans plusieurs états simultanément, jusqu'à ce qu'ils soient mesurés et réduits à l'une des possibilités. Dans ce cas, le phonon a été à la fois réfléchi vers le qubit d'origine et transmis au deuxième qubit, qui a pu capturer le phonon et stocker la superposition quantique.

Dans une deuxième expérience, les chercheurs ont réussi à reproduire un phénomène quantique fondamental dans la création des portes logiques dans les ordinateurs quantiques photoniques appelé effet Hong-Ou-Mandel. Dans les configurations optiques, cela implique que deux photons identiques soient introduits simultanément dans un séparateur de faisceau à partir de directions opposées. Les deux entrent alors dans une superposition, mais ces sorties interfèrent l'une avec l'autre de sorte que les deux photons finissent par voyager ensemble vers un seul des détecteurs.

Les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient reproduire cet effet en utilisant des phonons et, surtout, qu'ils pouvaient utiliser les qubits pour modifier les caractéristiques des phonons afin de pouvoir contrôler la direction dans laquelle la sortie se déplace. C'est une première étape cruciale vers la construction d'un système quantique pratique. ordinateur, dit Andrew Cleland, qui a dirigé l'étude.

"Le succès de l'expérience d'interférence à deux phonons est la dernière pièce montrant que les phonons sont équivalents aux photons", a déclaré Cleland dans un communiqué de presse. "Le résultat confirme que nous disposons de la technologie dont nous avons besoin pour construire un ordinateur quantique à mécanique linéaire."

Les chercheurs admettent que l'approche est peu susceptible de concurrencer directement les approches optiques de l'informatique quantique, car les composants sont beaucoup plus grands et plus lents. Cependant, leur capacité à s'interfacer de manière transparente avec des qubits supraconducteurs pourrait les rendre prometteurs pour les schémas informatiques hybrides qui combinent le meilleur des deux mondes.

Il faudra probablement beaucoup de temps avant que les composants sous-jacents atteignent la sophistication et la préparation industrielle d'autres approches quantiques. Mais il semble que la course à l'avantage quantique soit devenue un peu plus encombrée.

Crédit d'image : BroneArtUlm / Pixabay