Ces dernières années ont vu un progrès remarquable dans la fabrication de dispositifs supraconducteurs obéissant aux lois quantiques qui interagissent avec des photons micro-ondes uniques. En électrodynamique quantique en circuit (cQED), un bit quantique supraconducteur (qubit) est fortement couplé au champ électromagnétique d’un résonateur micro-onde de haute-qualité. La cQED est largement reconnue comme une des architectures les plus prometteuses pour la réalisation d’un ordinateur quantique.
Pour atteindre ce but, il est absolument nécessaire que la lecture de l’état d’un qubit soit rapide, de très haute fidélité et idéalement non-destructive. Afin de réaliser un processeur quantique, des portes logiques à deux qubits doivent être effectuées elles aussi avec une grande rapidité et un très haut degré de fidélité.
Nos deux inventions forment une nouvelle architecture pour le futur processeur quantique.
En modulant le couplage longitudinal d’un qubit à une cavité micro-onde à la fréquence de la cavité, ceci permet de faire une lecture idéale de l’état du qubit avec une très grande rapidité. Le formalisme du principe de mesure est général alors qu’on ne considère qu’un oscillateur harmonique (la cavité) en interaction avec un ou plusieurs systèmes quantiques à deux niveaux (le qubit). L’interaction doit être longitudinale et modulable dans le temps alors que la mesure est effectuée en détectant la phase du signal de sortie de la cavité.
En ayant deux qubits couplés de cette manière avec la même cavité, il est possible de générer une porte logique à deux qubits très rapide et de haute-fidélité en modulant le couplage des qubits de manière simultanée à une fréquence loin de la résonance avec la cavité. Ici, la cavité joue le rôle d’un bus quantique procurant une interaction effective entre les qubits. La porte logique est réalisée en contrôlant l’amplitude, la durée et la phase des signaux modulant l’interaction des qubits avec la cavité.
François Nadeau, directeur de projets
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