Des chercheurs de Penn intriquent quatre qubits dans un diamant à température ambiante 10 fois plus vite

Des chercheurs de l'université de Pennsylvanie ont intriqué quatre qubits dans un diamant à température ambiante à l'aide d'une seule porte de contrôle, réduisant le temps d'opération d'environ 90 % par rapport à la méthode conventionnelle tout en améliorant la précision — une combinaison rare dans le matériel quantique, où vitesse et fidélité se font habituellement concurrence.

L'équipe, dont les travaux ont été publiés ce mois-ci dans Nature Nanotechnology, a généré un état intriqué à quatre qubits en 14,8 microsecondes. La méthode conventionnelle, qui intrique les qubits deux par deux via une séquence de portes séparées, a mis environ dix fois plus de temps pour atteindre le même état à quatre qubits, avec une précision moindre : une fidélité de 0,69, contre 0,92 pour la nouvelle méthode parallèle.

Pourquoi la température ambiante compte

La plupart des principales plateformes de calcul quantique — y compris les qubits supraconducteurs utilisés par IBM et Google — nécessitent un refroidissement proche du zéro absolu, ajoutant une charge d'ingénierie considérable en cryogénie, systèmes sous vide et blindage. Le système de Penn utilise à la place un centre azote-lacune (NV), un type spécifique de défaut dans le réseau cristallin du diamant qui se comporte comme un bit quantique stable.

Transformer un défaut en atout

L'astuce technique est étonnamment élégante : plutôt que de combattre la diaphonie qui survient lorsqu'une impulsion de contrôle destinée à un spin nucléaire affecte par inadvertance ses voisins, l'équipe de Penn a ajusté le timing et la répétition de sa séquence de contrôle — un motif appelé XY8 — pour exploiter délibérément cette diaphonie comme une opération d'intrication parallèle.

Ce que cela permet, et ce que cela ne permet pas encore

Les chercheurs affirment que la méthode de contrôle se généralise à d'autres types de défauts du diamant et à des registres de défauts comparables dans le carbure de silicium et le silicium. Les applications immédiates incluent la correction d'erreurs quantiques, les nœuds de mémoire quantique pour les futurs réseaux quantiques, et la détection quantique à température ambiante.

La réserve concerne l'échelle : il s'agit toujours d'une démonstration en laboratoire à quatre qubits, pas d'un processeur quantique fonctionnel. Passer de quatre qubits intriqués aux milliers ou millions nécessaires pour un ordinateur quantique universel tolérant aux pannes est un problème d'ingénierie distinct et bien plus difficile.

D'après The Quantum Insider, sur la base de la publication dans Nature Nanotechnology.