Des scientifiques de RIKEN parviennent à un contrôle simultané et de haute fidélité de cinq qubits de spin en silicium

Des chercheurs du RIKEN Center for Emergent Matter Science et leurs collaborateurs ont annoncé une avancée importante dans l'informatique quantique à base de silicium, publiant leurs résultats dans la revue Nature Physics. L'équipe a piloté simultanément cinq qubits de spin en silicium via une ligne de contrôle micro-ondes partagée, chaque qubit individuel atteignant une fidélité de porte à un seul qubit nettement supérieure à 99,99 % — la valeur la plus élevée approchant 99,999 %. Lorsque jusqu'à trois qubits étaient actifs simultanément, la fidélité restait supérieure à 99,99 %. Avec les cinq qubits contrôlés en même temps, la précision se maintenait à environ 99,9 %, s'approchant des niveaux requis pour une informatique quantique tolérante aux pannes utilisable en pratique.

Le principal problème traité par l'équipe était le déplacement Stark alternatif (AC Stark shift) : les signaux de contrôle micro-ondes modifient les niveaux d'énergie effectifs d'un qubit, introduisant des décalages de phase indésirables qui réduisent la précision lorsque plusieurs qubits sont utilisés ensemble. Pour contrer ce phénomène, les chercheurs ont mis au point une méthode d'étalonnage par paires : plutôt que de cartographier toutes les combinaisons possibles de qubits, des étalonnages effectués entre paires sont utilisés pour compenser les décalages indésirables, ce qui rend l'approche praticable pour des systèmes plus vastes.

Le co-premier auteur Leon Camenzind, de RIKEN, a déclaré que les résultats montrent qu'« un contrôle de haute fidélité peut être maintenu même lorsque plusieurs qubits fonctionnent en même temps ». Le premier auteur Yi-Hsien Wu, qui a mené les expériences dans le cadre de sa thèse de doctorat, a souligné que la stratégie par paires évite une procédure d'étalonnage distincte pour chaque combinaison de qubits.

Une erreur résiduelle subsistait, attribuée à une décohérence induite par le signal de pilotage, due à la puissance micro-ondes plus élevée nécessaire au fonctionnement en parallèle — une limitation que l'équipe estime pouvoir surmonter grâce à une meilleure conception des dispositifs. Les qubits de spin en silicium sont compatibles avec les procédés de fabrication des semi-conducteurs déjà établis, ce qui en fait une plateforme prometteuse pour la mise à l'échelle des processeurs quantiques.