Une méthode inspirée des casques à réduction de bruit pour améliorer la cohérence des qubits

Les chercheurs travaillent depuis des années pour prolonger la durée de vie des qubits, les éléments de base des ordinateurs quantiques, afin de créer des dispositifs tels que des capteurs quantiques, des gyroscopes et des mémoires. Une équipe de physiciens du MIT a réalisé une avancée importante en s’inspirant d’un concept surprenant : les casques à réduction de bruit.

L’équipe dirigée par Ju Li et Paola Cappellaro a décrit une méthode permettant d’augmenter de 20 fois la durée de cohérence des qubits à spin nucléaire.

Leur approche, appelée « écho déséquilibré », fonctionne de manière similaire aux casques à réduction de bruit, qui utilisent des fréquences sonores spécifiques pour filtrer les bruits ambiants.

En caractérisant l’effet d’une source de bruit spécifique, la chaleur, sur les interactions quadrupolaires nucléaires du système, les chercheurs ont pu utiliser cette même source de bruit pour compenser les interactions nucléaires-électroniques, prolongeant ainsi la durée de cohérence de 150 microsecondes à 3 millisecondes.

Des améliorations potentielles encore plus importantes

Guoqing Wang, auteur principal de l’étude, estime que des avancées supplémentaires pourraient être possibles en explorant d’autres sources de bruit. En théorie, la durée de cohérence pourrait être prolongée de plusieurs centaines, voire milliers de fois. Cependant, en pratique, d’autres sources de bruit pourraient entrer en jeu. L’important est de pouvoir les décrire pour les annuler.

Les applications potentielles de cette découverte sont nombreuses, allant de la mesure des courants électriques dans les véhicules électriques à l’évaluation non destructive de la santé des structures. Les capteurs à base de diamant pourraient également être utilisés pour mesurer la distribution de la température à la surface des matériaux, ou encore pour cartographier l’activité neuronale à partir des champs électromagnétiques dans le domaine de la biologie.

En synthèse

L’équipe du MIT a réalisé une avancée majeure en prolongeant la durée de cohérence des qubits à spin nucléaire grâce à une méthode inspirée des casques à réduction de bruit. Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles applications dans les capteurs quantiques, les gyroscopes et les mémoires, et pourrait avoir un impact significatif sur les futurs dispositifs quantiques.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un qubit ?

Un qubit, ou bit quantique, est l’unité de base de l’information quantique. Il est l’équivalent quantique du bit classique, qui ne peut prendre que deux valeurs (0 ou 1). Un qubit peut être dans un état superposé, c’est-à-dire qu’il peut représenter à la fois 0 et 1 simultanément.

Qu’est-ce que la cohérence quantique ?

La cohérence quantique est une propriété des systèmes quantiques qui permet de maintenir les états superposés des qubits. La durée de cohérence est le temps pendant lequel un qubit reste dans son état quantique avant de perdre cette propriété en raison de perturbations externes.

Comment fonctionne l’écho déséquilibré ?

L’écho déséquilibré est une méthode développée par l’équipe du MIT pour prolonger la durée de cohérence des qubits. Elle consiste à caractériser l’effet d’une source de bruit spécifique, comme la chaleur, sur les interactions du système, puis à utiliser cette même source de bruit pour compenser les interactions nucléaires-électroniques.

Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?

Les applications potentielles incluent la mesure des courants électriques dans les véhicules électriques, l’évaluation non destructive de la santé des structures, la mesure de la distribution de la température à la surface des matériaux et la cartographie de l’activité neuronale à partir des champs électromagnétiques en biologie.

Quelle est la prochaine étape pour les chercheurs ?

Les chercheurs continueront à explorer d’autres sources de bruit pour améliorer encore la durée de cohérence des qubits. Ils chercheront également à développer de nouvelles applications pour cette découverte dans divers domaines, tels que la détection quantique, les gyroscopes et les mémoires.

Un article publié dans le Journal of Physical Chemistry Letters, décrit une approche théorique permettant de calculer comment la température et la déformation affectent différents types d’interactions susceptibles de conduire à la décohérence.

Légende illustration principale : Ce capteur quantique du MIT Quantum Engineering Group est basé sur des centres NV dans le diamant. Il a été conçu et construit par l’équipe de recherche. Photo avec l’aimable autorisation des chercheurs.