Traitement de l’information quantique

Les processeurs quantiques réalisés avec des circuits supraconducteurs comptent désormais parmi les plus avancés. Ces dispositifs reposent sur des qubits de type transmon dans une l’architecture d’électrodynamique quantique en circuit (circuit QED). Le groupe « Théorie des dispositifs quantiques supraconducteurs » a joué un rôle de premier plan dans le développement de ces concepts. Nous nous concentrons actuellement sur la conception de qubits supraconducteurs plus robustes, y compris des qubits bosoniques, sur le développement de nouvelles portes à deux qubits dont la fidélité permet le calcul quantique tolérant aux fautes, et sur la création d’algorithmes quantiques compatibles avec les dispositifs de taille modeste actuels.

Lecture de Qubit

La lecture de qubits dans en circuit QED est basée sur l’interaction qubit-résonateur dispersive. Proposée pour la première fois en 2004, cette approche est aujourd’hui utilisée dans les laboratoires du monde entier pour réaliser la lecture des qubits avec grande fidélité. Le groupe développe aussi des composants micro-ondes, tels que des amplificateurs et des circulateurs opérant à la limite quantique, qui sont nécessaires pour augmenter la fidélité du processus de lecture. Nous avons également développé de nouvelles approches de la lecture de qubits, comme la lecture longitudinale, et des approches pour mesurer la parité des qubits dans le contexte de la correction quantiques d’erreurs.

Optique Quantique

L’architecture circuit QED réalise la physique de la « cavité QED » dans de nouveaux régimes de paramètres. Par exemple, grâce à la flexibilité des dispositifs quantiques supraconducteurs, il est possible d’obtenir un couplage lumière-matière beaucoup plus important en circuit QED qu’en cavité QED. De plus, une forte non-linéarité est facilement réalisable, et ce même avec très peu de photons. Grâce à cela, l’architecture circuit QED est un terrain de jeu idéal pour étudier la riche physique de l’optique quantique dans les systèmes de l’état solide. Dans ce contexte, le groupe «Théorie des dispositifs quantiques supraconducteurs» a montré comment atteindre le régime de couplage ultra-fort avec des qubits supraconducteurs. Nous avons introduit des détecteurs de photons micro-ondes uniques, avec une application à la recherche de la matière noire, et nous avons contribué aux premiers tests des prédictions classiques de l’optique quantique maintenant rendues possibles par la QED en circuit.

Systèmes quantiques hybrides

Les systèmes quantiques hybrides consistent en des systèmes physiques hétérogènes qui sont combinés pour tirer parti de leurs avantages individuels uniques. Un exemple est l’utilisation de résonateurs micro-ondes supraconducteurs pour assurer l’interaction à longue distance entre des qubits de spin réalisés dans un semi-conducteur. Le groupe a contribué aux premières expériences montrant le couplage fort entre un photon unique dans un résonateur micro-ondes et un spin unique dans un point quantique semi-conducteur, ainsi qu’aux expériences démontrant le couplage cohérent d’un point quantique semi-conducteur à un qubit supraconducteur.

Image: P. Scarlino, D. J. van Woerkom, U. C. Mendes, J. V. Koski, A. J. Landig, C. K. Andersen, S. Gasparinetti, C. Reichl, W. Wegscheider, K. Ensslin, T. Ihn, A. Blais, A. Wallraff: Coherent microwave-photon-mediated coupling between a semiconductor and a superconducting qubit. In: Nature Communications 10 (1), 3011 (2019), ISBN: 2041-172_3.