Harry Cohen Tanugi

Les chercheurs ont réussi à exécuter la porte à deux qubits la plus rapide.

L'ordinateur quantique ultrarapide, qui a été utilisé par l'équipe de recherche pour obtenir la porte à deux qubits, a utilisé des lasers ultrarapides pour manipuler des atomes froids. On s'attend à ce que cet ordinateur soit un tout nouvel ordinateur quantique capable de repousser les limites des types supraconducteurs et à ions piégés, a révélé le communiqué de presse.

Les résultats ont été publiés dans l'édition en ligne de Nature Photonics le 8 août 2022.

Que sont les ordinateurs quantiques à atomes froids ?

Les ordinateurs quantiques à atomes froids sont basés sur les techniques de refroidissement et de piégeage par laser célébrées par les prix Nobel de 1997 (S. Chu, C. Cohen-Tannoudji et W.D. Philipps, "Cooling and trapping atoms with laser light") et 2018 (A. Ashkin, invention des pinces optiques). Grâce à cette technique, les réseaux d'atomes froids peuvent être disposés de la manière souhaitée avec des pinces optiques, et chacun peut être observé séparément. Les atomes étant des systèmes quantiques naturels, ils peuvent facilement stocker des qubits, ou bits d'information quantique, qui sont les artefacts d'un ordinateur quantique.

Comprendre les portes quantiques

Les portes quantiques sont les éléments arithmétiques de base qui composent l'informatique quantique. Elles correspondent aux portes logiques telles que AND et OR dans les ordinateurs classiques conventionnels. Il existe des portes à un qubit qui manipulent l'état d'un seul qubit et des portes à deux qubits qui génèrent une intrication quantique entre deux qubits.

Résumé de l'étude

Les atomes de Rydberg, avec leurs énormes orbitales électroniques, présentent des interactions dipôle-dipôle atteignant la gamme des gigahertz à une distance d'un micromètre, ce qui en fait un candidat de premier plan pour réaliser des opérations quantiques ultrarapides. Cependant, de telles interactions fortes entre deux atomes uniques n'ont jamais été exploitées jusqu'à présent en raison des exigences strictes concernant la fluctuation des positions des atomes et la force d'excitation nécessaire. Nous présentons ici de nouvelles techniques pour explorer ce régime. Tout d'abord, nous piégeons et refroidissons des atomes jusqu'à l'état fondamental quantique mobile de pinces optiques holographiques, ce qui permet de contrôler la distance inter-atomique jusqu'à 1,5 μm avec une précision limitée au niveau quantique de 30 nm. Nous utilisons ensuite des impulsions laser ultracourtes pour exciter simultanément une paire de ces atomes proches vers un état Rydberg, bien au-delà du régime de blocage de Rydberg, et réalisons une interférométrie Ramsey avec une précision d'une attoseconde. Cela nous permet d'induire et de suivre un échange d'énergie ultra-rapide induit par l'interaction et réalisé sur des échelles de temps de l'ordre de la nanoseconde, soit deux ordres de grandeur plus rapidement que dans toutes les autres expériences de Rydberg réalisées jusqu'à présent sur la plate-forme de pinces. Cette dynamique cohérente ultrarapide donne naissance à une phase conditionnelle, qui est la ressource clé d'une porte quantique, ouvrant la voie à la simulation et au calcul quantiques fonctionnant à la limite de vitesse fixée par les interactions dipôle-dipôle avec cette plateforme Rydberg ultrarapide.

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