Mesurer le bruit de charge dans les qubits supraconducteurs

Cet article présente la première mesure du Bruit de charge corrélé dans les Qubits supraconducteurs, qui sont des petites unités d'information quantique. Les Mesures ont eu lieu dans une installation spéciale située à 107 mètres sous terre, où il y a moins de Radiation, ce qui la rend idéale pour étudier le comportement des qubits. La réduction de la radiation aide à identifier comment le bruit affecte la performance des qubits.

#Contexte sur les Qubits Supraconducteurs

Les qubits supraconducteurs sont des dispositifs sensibles utilisés dans l'informatique quantique. Ils reposent sur les principes de la supraconductivité, leur permettant d'opérer avec très peu de perte d'énergie. Leur performance peut être influencée par des facteurs environnementaux. Le bruit de charge, en particulier, provient de charges électriques fluctuantes qui peuvent perturber leur fonctionnement.

#Importance des Installations Souterraines

L'emplacement souterrain offre un avantage significatif : la roche au-dessus bloque la plupart des rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont des particules à haute énergie provenant de l'espace qui peuvent créer du bruit dans les qubits. En mesurant les qubits sous terre, les chercheurs peuvent minimiser les effets de ces rayons cosmiques et se concentrer sur la compréhension du bruit d'autres sources, comme la radiation gamma.

#Configuration Expérimentale

L'expérience impliquait un dispositif à quatre qubits. Chaque qubit était conçu pour être sensible aux changements de charge. Pour surveiller le comportement des qubits, les chercheurs ont utilisé une technique appelée tomographie de charge. Cette méthode permet aux chercheurs de capturer les changements de charge induits sur les îles de qubit au fil du temps.

L'installation avait un écran de plomb mobile qui aidait à contrôler la quantité de radiation à laquelle les qubits étaient exposés. En ouvrant et en fermant l'écran, les chercheurs pouvaient varier l'environnement de radiation et observer comment cela affectait les qubits.

#Mesures de Tomographie de Charge

Les mesures de tomographie de charge ont permis aux chercheurs de suivre comment les charges sautaient sur les îles de qubit. Ces sauts correspondaient à des interactions avec la radiation ionisante. En examinant ces sauts de près, les chercheurs pouvaient voir comment les sauts de charge étaient liés à la quantité de radiation frappant les qubits.

Le bruit provenant des sauts de charge semblait être lié à l'environnement de radiation. Lorsque l'écran était fermé, le taux de saut de charge diminuait considérablement, indiquant que le blindage en plomb était efficace pour réduire l'impact de la radiation.

#Observations et Résultats

Durant l'expérience, les chercheurs ont recueilli des données dans deux ensembles de conditions : un avec l'écran de plomb ouvert et un avec fermé. Les mesures ont révélé que les taux de saut de charge étaient plus bas lorsque l'écran était fermé, mais restaient tout de même plus élevés que ce qu'on aurait pu attendre en fonction de la réduction de la radiation gamma.

Une observation significative a été que le dispositif à quatre qubits a fonctionné pendant plus de 22 heures sans qu'aucun saut de charge corrélé ne se produise à des distances supérieures à trois millimètres. Cela suggère que les qubits placés plus loin ne voyaient pas de bruit de charge les reliant durant ce temps.

#Impact de la Radiation sur les Qubits

La radiation ionisante peut interférer avec la performance des qubits supraconducteurs. Des études précédentes ont montré un lien entre la radiation et la façon dont les qubits se détendent énergétiquement. Lorsque la radiation provoque des erreurs dans les qubits, cela peut affecter plusieurs qubits dans un processeur en même temps. Ce bruit corrélé est crucial à comprendre, car il complique la correction d'erreurs en informatique quantique.

#Différentes Sources de Bruit de Charge

Les chercheurs pensent que divers processus physiques pourraient causer le bruit de charge dans les qubits. Lorsque la radiation interagit avec les matériaux des qubits, elle peut créer des paires électron-trou, entraînant différentes dynamiques de charge. Ces processus peuvent se produire sur des échelles de temps allant de la nanoseconde à bien plus, affectant la fiabilité de fonctionnement des qubits.

#Le Rôle de l'Écran Mobile

L'écran de plomb mobile dans l'installation a joué un rôle crucial. En ajustant la couverture, les chercheurs pouvaient contrôler efficacement la quantité de radiation atteignant le dispositif de qubit. Cela a permis une évaluation plus précise de la corrélation entre l'exposition à la radiation et le bruit de charge.

Fermer l'écran de plomb a entraîné une baisse du taux de saut de charge. Cependant, les taux de saut observés n'étaient pas aussi bas que prévu, ce qui indique qu'il pourrait y avoir d'autres sources de bruit de charge non liées à la radiation gamma présentes dans l'environnement.

#Insights sur la Performance des Qubits

La capacité de mesurer et de minimiser le bruit de charge corrélé est essentielle pour faire avancer l'informatique quantique. Plus les chercheurs comprennent comment différents types de radiation impactent la performance des qubits, mieux ils peuvent concevoir des codes de correction d'erreurs et améliorer la fonction globale des qubits. Cette connaissance est vitale pour le développement d'ordinateurs quantiques fiables.

#Directions Futures

Cette expérience ouvre la voie à de futures études. Des questions demeurent concernant le bruit de charge excessif observé dans la configuration avec l'écran fermé. Les chercheurs prévoient d'examiner la source de ces éclats de charge, explorant des idées comme la charge piégée dans les matériaux ou des sources de radiation inattendues près de la puce de qubit.

En examinant de plus près ces facteurs, les chercheurs peuvent améliorer la conception des qubits supraconducteurs et optimiser leur performance dans des applications pratiques.

#Conclusion

Ce travail marque une étape significative dans la mesure du bruit de charge dans les qubits supraconducteurs dans un environnement à faible radiation. Les résultats montrent des promesses, indiquant une réduction des sauts de charge corrélés et améliorant notre compréhension de la façon dont la radiation affecte la performance des qubits. Des efforts continus dans ce domaine seront critiques pour l'avancement de l'informatique quantique et le développement de la technologie des qubits pour des applications futures.

#Détails Techniques de l'Expérience

#Conception des Qubits

La puce de qubit utilisée dans l'étude comportait quatre qubits transmon circulaires faiblement sensibles aux charges. La conception permet une interaction précise avec les champs électriques. Chaque qubit est constitué d'une île supraconductrice entourée d'un plan de sol. Cette conception est essentielle pour minimiser les effets du bruit de charge.

#Techniques de Mesure

Les chercheurs ont utilisé la tomographie de Ramsey pour les mesures, impliquant une séquence spécifique d'opérations sur chaque qubit. Cette méthode aide à cartographier les états d'énergie des qubits tout en surveillant les fluctuations de charge. En prenant de nombreuses mesures et en moyennant les résultats, les chercheurs pouvaient obtenir des informations précises sur les sauts de charge.

#Analyse des Données

L'analyse des données s'est concentrée sur l'identification des taux et des tailles de sauts de charge. En comparant les mesures prises avec l'écran ouvert et fermé, les chercheurs ont évalué l'influence de la radiation gamma sur la performance des qubits. Ils ont utilisé des méthodes statistiques pour distinguer le bruit corrélé et non corrélé.

#Contrôles Environnementaux

L'installation souterraine est conçue pour minimiser la radiation de fond, offrant un environnement contrôlé pour les tests de qubits. L'utilisation d'une salle blanche a également garanti que la poussière et d'autres contaminants n'affectent pas les mesures. Le blindage en plomb et la conception du système de réfrigération ont travaillé ensemble pour maintenir des conditions optimales pour le fonctionnement des qubits.

#Implications pour l'Informatique Quantique

Les implications de ce travail vont au-delà de la simple compréhension du bruit dans les qubits supraconducteurs. À mesure que l'informatique quantique progresse, comprendre comment atténuer les effets des facteurs environnementaux est crucial pour construire des systèmes quantiques évolutifs. Cette recherche contribue à des insights précieux qui peuvent mener à des technologies quantiques plus robustes et fiables.

#Contexte Plus Large

Cette recherche fait partie d'un effort plus large pour rendre l'informatique quantique plus pratique. L'un des défis majeurs dans ce domaine est la gestion du bruit et des erreurs. En abordant ces questions, les chercheurs visent à rapprocher l'informatique quantique des applications concrètes, où elle pourrait transformer des industries allant de la cryptographie aux simulations de systèmes complexes.

#Remerciements

L'exécution réussie de cette expérience a reposé sur la collaboration entre diverses équipes et le soutien de différentes organisations. Alors que le domaine de l'informatique quantique continue de croître, des contributions comme celles-ci sont essentielles pour surmonter les obstacles et avancer avec de nouvelles technologies.

Les progrès démontrés dans cette étude témoignent du potentiel des qubits supraconducteurs et de l'importance de comprendre leurs environnements opérationnels.