Fujitsu et QuTech réalisent des portes quantiques de haute précision
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Faits d'actualité :
- Fujitsu et QuTech atteignent une première mondiale avec une probabilité d'erreur inférieure à 0,1 % dans un ensemble complet de portes quantiques universelles ( 1 ) pour les qubits de spin de diamant, dépassant le seuil de correction d'erreur quantique, une étape importante vers l'informatique quantique tolérante aux pannes (FTQC) et l'application pratique des ordinateurs quantiques
- Des diamants de haute pureté avec une concentration réduite en isotopes de carbone 13 et des techniques avancées de mesure des performances ont été utilisés pour atteindre une fidélité de plus de 99,9 % dans les opérations de porte à un ou deux qubits, minimisant ainsi le bruit environnemental.
- Les collaborations futures se concentreront sur la mise à l'échelle du système en augmentant le nombre de qubits et en développant des interconnexions optiques et des circuits de contrôle avancés.
Kawasaki, Japon, 24 mars 2025
Fujitsu Limited a annoncé aujourd'hui la première démonstration mondiale d'un ensemble complet de portes quantiques universelles pour qubits à spin diamant, avec une probabilité d'erreur inférieure à 0,1 %, atteignant une fidélité parmi les plus élevées jamais observées parmi toutes les technologies matérielles quantiques. Cette collaboration avec QuTech, un institut de recherche de pointe en technologie quantique de l'Université de technologie de Delft (TU Delft), marque une étape importante pour la méthode du spin diamant vers la correction des erreurs quantiques et la réalisation de calculs quantiques pratiques. Les résultats ont été publiés dans Physical Review Applied le 21 mars 2025.
Cette technologie nouvellement développée utilise des diamants de haute pureté pour créer un système stable à deux qubits comprenant un spin électronique et un spin nucléaire d'azote au sein d'un centre à lacune d'azote (NV) ( 2 ) , un type de défaut atomique exploitable pour l'informatique quantique. L'équipe a utilisé des techniques avancées pour éliminer l'impact du bruit environnemental sur les qubits et mesurer les performances des portes quantiques, atteignant une fidélité de plus de 99,9 % pour les portes à un et deux qubits sur un ensemble de portes universel. Cela dépasse le seuil requis pour la correction d'erreurs quantiques.
À l'avenir, Fujitsu et QuTech poursuivront leur collaboration, augmentant le nombre de qubits utilisés et développant des puces quantiques optiques et des circuits de contrôle afin de faire progresser la recherche vers les premières applications pratiques des ordinateurs quantiques à spin de diamant.
Surmonter les défis de l'informatique quantique grâce aux qubits de spin de diamant
La technologie du spin du diamant utilise les spins (électrons et noyaux) formés par les centres colorés (défauts spécifiques) des cristaux de diamant comme qubits. Les spins du diamant peuvent maintenir des états quantiques pendant des périodes relativement longues, ce qui les rend prometteurs comme qubits hautes performances. De plus, leur température de fonctionnement est environ 100 fois supérieure à celle des qubits supraconducteurs, ce qui facilite leur utilisation. La capacité des qubits à spin du diamant à transmettre des états quantiques à l'aide de photons (particules fondamentales de la lumière) permet également des interconnexions optiques, ouvrant ainsi une voie prometteuse vers des ordinateurs quantiques évolutifs et l'informatique distribuée via des réseaux quantiques.
Aperçu de la technologie
- Réduction du bruit environnemental grâce à des diamants de haute pureté.
Des qubits ont été créés à l'aide de centres NV dans des diamants développés conjointement par Element Six et TU Delft. Cela a été possible grâce à la faible concentration en isotope carbone-13 des diamants (0,01 % de moins que 1 %). Cela a éliminé le bruit environnemental, créant un système stable à deux qubits, l'un formé par le spin électronique du centre défectueux, l'autre par son spin nucléaire. - Portes de découplage conçues pour atténuer le bruit environnemental
Les portes de découplage ( 3 ) sont des séquences d'impulsions contrôlées conçues pour supprimer l'impact du bruit environnemental sur les qubits et étendre leur capacité à conserver les informations quantiques. - Application de la tomographie par ensembles de portes
L'équipe a appliqué la tomographie par ensembles de portes ( 4 ) , une technique de haute précision pour mesurer les performances des qubits et des portes quantiques, aux qubits de spin de diamant pour optimiser les opérations de portes quantiques. Cela a fourni des informations complètes sur les erreurs de portes, permettant l'optimisation de tous les paramètres des opérations de portes quantiques, y compris la force d'impulsion de porte.
Figure : Fonctionnement de la porte quantique de haute précision dans l'approche du spin du diamant
Projets futurs
À l'avenir, Fujitsu et QuTech se concentreront sur l'application de cette nouvelle technologie à des systèmes dotés d'un plus grand nombre de spins nucléaires et sur le développement de technologies d'interconnexions optiques de haute précision entre des qubits de spins électroniques distants afin d'augmenter le nombre de qubits gérables. De plus, l'équipe accélérera la recherche et le développement en vue de la réalisation d'un système informatique quantique évolutif, incluant des technologies d'intégration avec des circuits de contrôle utilisant des circuits intégrés à semi-conducteurs basse température cryo-CMOS ( 5 ) .
Le professeur Tim Taminiau, de l'Université de technologie de Delft, commente :
Même si le chemin à parcourir est long et semé d’embûches, le fait que nous ayons démontré une fidélité des portes supérieure à 99,9 % répond à l’une des exigences clés du calcul quantique évolutif.
Shintaro Sato, vice-président principal et directeur du laboratoire quantique chez Fujitsu Research, Fujitsu Limited, commente :
Ce résultat illustre le potentiel considérable de la technologie du spin du diamant pour la réalisation d'un ordinateur quantique fonctionnel. Fujitsu vise désormais à développer un prototype d'ordinateur quantique à spin du diamant, tout en poursuivant ses travaux vers la réalisation de l'informatique quantique fonctionnelle.
- [1] Ensemble de portes quantiques universelles
Un ensemble de portes quantiques nécessaires pour approximer et exécuter n'importe quelle porte quantique avec une précision arbitraire. - [2] Centre NV :
Défaut dans lequel deux atomes de carbone adjacents sont remplacés par un atome d'azote et une lacune (un atome de carbone manquant). Les électrons piégés dans le défaut fournissent un spin (qubit) mesurable optiquement. - [3] Porte de découplage :
séquence d'impulsions de contrôle utilisée pour supprimer l'interaction entre les qubits et l'environnement (décohérence), prolongeant ainsi le temps de rétention des informations quantiques. - [4] Tomographie par ensemble de portes :
méthode d'évaluation caractérisée par la capacité à estimer de manière cohérente une description complète d'un ensemble d'opérations de portes quantiques. - [5] Cryo-CMOS :
circuit intégré semi-conducteur développé principalement dans le but de piloter des qubits, conçu pour fonctionner à des températures cryogéniques.
https://www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2025/0324-02.html