L'informatique quantique dans un champ magnétique : Un nouveau piège à ions pour plus de qubits

Un groupe de recherche de l'ETH Zurich s'est attaqué aux limites des ordinateurs quantiques actuels. L'un des plus grands défis est l'expansion à plus de 100 qubits. Seuls quelques modèles de quelques centaines de qubits sont actuellement utilisés. Il existe également des installations de plus de mille qubits, par exemple au centre de recherche de Jülich, en Allemagne, mais elles n'ont pas encore été en mesure de montrer réellement ce qu'elles peuvent faire.

Pour remédier à cela, les chercheurs ont choisi une méthode aussi stable que possible et qui peut être construite avec relativement peu d'efforts. Un piège à ions utilisant le rayonnement radioélectrique peut maintenir des états quantiques stables et est donc considéré comme prometteur.

Cependant, il faut de l'espace pour chacun de ces pièges, qui représentent en fin de compte un qubit. La source de rayonnement radio nécessite beaucoup d'énergie. Les interférences entre les circuits et la nécessité de matériaux spéciaux font également grimper les coûts, augmentent la consommation d'énergie et réduisent l'efficacité.

Pour y remédier, il est prévu d'utiliser un piège à ions qui utilise un champ magnétique d'une intensité de 3 teslas au lieu d'un rayonnement radioélectrique. Cette valeur est de l'ordre de celle d'un tomographe à résonance magnétique typique, c'est-à-dire assez élevée. Malgré cela, le piège ainsi construit devrait être extrêmement compact. La prochaine étape consistera à combiner plusieurs structures similaires en un circuit plus complexe.

L'étude publiée dans Nature a démontré https://www.nature.com/articles/s41586-024-07111-xd'autres avantages de la méthode. Entre autres, le champ magnétique est d'une intensité égale dans l'ensemble du piège à ions, contrairement au rayonnement radioélectrique. Cela permet un bien meilleur contrôle de l'ion. Par exemple, l'équipe de recherche a pu déplacer un seul ion de béryllium sur une surface de quelques micromètres. Plus de 100 positions différentes sont possibles sur la surface.

Grâce à la flexibilité du positionnement, de nombreuses autres applications du piège à ions devraient être envisageables. Peut-être même un jour un ordinateur quantique qui, dans des conditions acceptables (taille, efficacité), apportera les capacités promises depuis longtemps (performances vraiment élevées).