Introduction aux qubits à base de semi-conducteurs
Les semi-conducteurs se révèlent être l’une des plateformes les plus prometteuses pour la mise en œuvre d’ordinateurs quantiques à grande échelle. Grâce aux techniques de fabrication avancées, il est possible de créer de vastes réseaux de points quantiques. Ces réseaux permettent de stocker et de manipuler l’information quantique à l’aide de divers encodages de qubits. Quel que soit l’encodage choisi, le contrôle précis de l’interaction d’échange entre les électrons confinés dans les points quantiques est crucial. De plus, pour exploiter pleinement la cohérence limitée des qubits individuels, il est nécessaire d’exécuter des opérations quantiques de haute fidélité de manière simultanée.
Opération parallèle des qubits uniquement par échange
Dans cette étude, nous démontrons l’opération parallèle de deux qubits uniquement par échange, composés de six points quantiques disposés en ligne. En utilisant des techniques de benchmarking aléatoire, nous montrons que l’émission d’impulsions sur les cinq portes barrières pour moduler les interactions d’échange de manière maximale et parallèle maintient la qualité du contrôle des qubits par rapport à une opération séquentielle. Les techniques développées pour effectuer des impulsions d’échange parallèles peuvent être facilement adaptées à d’autres encodages basés sur des points quantiques. De plus, nous présentons les premières démonstrations expérimentales, à notre connaissance, d’une porte iSWAP pour les qubits uniquement par échange et d’une méthode de lecture par blocage de spin de Pauli verrouillant la charge.
Importance de la parallélisation dans le calcul quantique
La parallélisation des opérations est l’un des éléments clés pour le calcul quantique avec de nombreux qubits, quelle que soit la plateforme technologique. Elle minimise le temps d’inactivité des qubits, ce qui conduit à la décohérence et à la perte d’information. Bien que les opérations parallèles soient importantes pour exécuter des algorithmes à court terme dans le temps de cohérence de l’appareil, elles deviennent cruciales pour la correction efficace des erreurs afin de permettre un calcul tolérant aux fautes. Il est donc nécessaire d’établir des procédures expérimentales pour la parallélisation des opérations de qubits et d’évaluer dans quelle mesure la parallélisation est possible pour guider le développement des charges de travail et la conception future des appareils.
Technologies de calcul quantique et qubits de spin
Parmi les diverses technologies de calcul quantique, les qubits de spin encodés sur des points quantiques émergent comme une plateforme prometteuse grâce à leur compatibilité inhérente avec les fonderies de silicium. Dans ces dispositifs, soit des électrons, soit des trous sont piégés dans des potentiels de points quantiques définis par des électrodes de tension, et l’information quantique est encodée sur un ou plusieurs spins. Le choix de l’encodage des qubits détermine le type d’opérations nécessaires pour exécuter des opérations à un ou deux qubits.
Avantages des qubits uniquement par échange
Un autre encodage de qubit proéminent utilisant des points quantiques est celui des qubits uniquement par échange, dans lequel l’information quantique est encodée sur les spins collectifs de trois électrons. L’attrait principal de ce type de qubit est que les portes à un qubit et à deux qubits sont composées uniquement d’impulsions de tension qui activent dynamiquement les couplages d’échange, éliminant ainsi le besoin d’impulsions micro-ondes. Cela simplifie les exigences de configuration, de fabrication, de contrôle et de calibration, en particulier pour les réseaux bidimensionnels évolutifs.
Conclusion et perspectives futures
Les résultats présentés dans cet article démontrent qu’il est possible d’effectuer des impulsions d’échange simultanées de haute qualité sur des électrodes non voisines, permettant une parallélisation maximale des circuits quantiques dans les qubits uniquement par échange. Un facteur important pour cette expérience est la faible densité de défauts du dispositif étudié, qui est fabriqué sur une ligne de processus semi-conducteur de pointe de 300 mm. Cependant, nous constatons que certaines combinaisons d’impulsions d’échange parallèles sur le dispositif étudié ne peuvent pas être entièrement compensées uniquement par la virtualisation linéaire des électrodes barrières correspondantes en raison du changement de forme de l’empreinte résultante. Des corrections quadratiques à la compensation de diaphonie atténueront ce problème. Nous montrons une mise en œuvre expérimentale d’une porte iSWAP uniquement par échange et identifions un moyen de planifier des portes Clifford à deux qubits parallélisées. Nous utilisons le benchmarking aléatoire pour montrer que la qualité globale résultante des impulsions d’échange parallèles est suffisante pour correspondre à la performance des portes à un qubit émises séquentiellement.
🔗 **Fuente:** https://www.nature.com/articles/s41586-025-09767-5