L'informatique quantique représente une technologie révolutionnaire potentielle qui pourrait largement dépasser les limitations techniques des systèmes informatiques-modernes pour certaines tâches. Cependant, la mise au point d'ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle reste un défi, notamment en raison des techniques complexes et délicates impliquées.
Dans certains systèmes informatiques quantiques, des ions uniques (des atomes chargés tels que le strontium) sont piégés et exposés à des champs électromagnétiques, notamment à la lumière laser, pour produire certains effets utilisés pour effectuer des calculs. De tels circuits nécessitent que de nombreuses longueurs d'onde différentes de lumière soient introduites dans différentes positions du dispositif, ce qui signifie que de nombreux faisceaux laser doivent être correctement disposés et délivrés dans la zone désignée. Dans ces cas, les limitations pratiques liées à la diffusion de nombreux faisceaux de lumière différents dans un espace limité deviennent une difficulté.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l’Université d’Osaka ont étudié des moyens uniques de diffuser de la lumière dans un espace limité. Leurs travaux ont révélé un circuit nanophotonique-économe en énergie avec des fibres optiques attachées à des guides d'ondes pour délivrer six faisceaux laser différents vers leurs destinations. Les résultats ont été publiés dansAPL Quantique.
"Des méthodes évolutives et pratiques de configuration de circuits photoniques associés à des ordinateurs quantiques à ions piégés pour permettre l'émission de lumière laser n'ont pas encore été développées", explique l'auteur Alto Osada. "Pour relever ce défi, nous voulions créer une méthode efficace prenant en compte toutes les zones de piégeage dans un piège à ions."
Dans le cadre de la recherche, les guides d'ondes ont dû être divisés et réorganisés de manière créative à l'intérieur du circuit afin de transmettre les différents faisceaux laser aux emplacements corrects. Les conceptions devaient également prendre en compte la capacité d’éteindre et d’allumer les faisceaux laser de manière indépendante, tout en offrant le rendement énergétique le plus élevé possible.
Les motifs de guides d'ondes qui en résultent prennent l'apparence de tapisseries complexes-accrocheuses lorsque les faisceaux laser se croisent et se déplacent à travers les circuits.
"Nos travaux montrent que cette approche peut permettre plusieurs centaines de qubits sur une seule puce", souligne Osada. Les qubits font référence aux unités de base de l'informatique quantique, sur lesquelles les algorithmes quantiques s'exécutent pour résoudre des problèmes-du monde réel.
Les chercheurs ont utilisé deux approches pour former des modèles, appelées tri à bulles et duplication par blocs. Les deux modèles présentent des avantages, les chercheurs suggérant que le choix entre les deux dépendrait de facteurs tels que le nombre de faisceaux laser requis et les pertes d'éléments photoniques. L'étude a mis en évidence avec succès la faisabilité et le potentiel de l'utilisation de modèles complexes de guides d'ondes dans des circuits pour amener des faisceaux de lumière vers des ions piégés.
Cette recherche laisse entrevoir des implications passionnantes selon lesquelles le même concept pourrait être appliqué non seulement à l’informatique quantique mais également à la fabrication de systèmes optiques avancés, ce qui représente une avancée technologique importante avec un large éventail d’applications.
