Un système quantique interagit avec son environnement – même si légèrement – quel que soit le soin apporté à l’isoler. Par conséquent, les bits quantiques subissent des erreurs, imposant des contraintes extrêmement difficiles sur le support physique adapté au calcul quantique. De nouvelles stratégies émergent pour contourner ce problème en codant un bit quantique de manière non locale à travers l’espace des phases d’un système physique. Étant donné que la plupart des sources de décohérence résultent de fluctuations locales, l’objectif de la correction d’erreur quantique est de supprimer exponentiellement les erreurs en augmentant une mesure de cette non-localité. Parmi les exemples les plus notables sont les bits quantiques topologiques, qui délocalisent l’information sur l’espace réel et où l’étendue spatiale mesure la non-localité.

Dans un article publié dans Nature Physics, une équipe LPENS / Mines / INRIA suit une nouvelle voie. Ils encodent un bit quantique dans l’espace de quadrature de champ d’un résonateur supraconducteur doté d’un mécanisme spécial qui dissipe les photons par paires. Ce processus définit deux états séparés dans l’espace des phases dans lesquels de l’information quantique peut être encodée. En augmentant cette séparation, ils mesurent une diminution exponentielle du taux de flip de bit tout en n’augmentant que linéairement le taux de flip de phase. Étant donné que les flips de bits sont corrigés de manière autonome, seuls les flips de phase doivent être corrigés via un code de correction d’erreur quantique unidimensionnel. Cette suppression exponentielle des erreurs démontre que les résonateurs dotés de dissipation non linéaire sont des briques élémentaires prometteuses pour le calcul quantique universel.

Figure : Le qubit de chat. (a) L’information quantique est encodée dans un résonateur (miroirs bleus) couplé à son environnement grâce à un appareil spécial (miroir hachuré) où des paires de photons sont échangées (doubles flèches). (b) Cette dynamique est illustrée par un pseudo-potentiel V (violet) défini sur l’espace des phases du résonateur. Les états du qubit de chat se situent dans les minima de V et sont séparés dans l’espace des phases comme le montrent leurs représentations de Wigner. Les flips de bit sont supprimés de façon exponentielle en augmentant cette séparation, et ce mécanisme ne modifie pas les superpositions quantiques telles qu’un état de chat Schrödinger. (c) Temps de flip de bit mesuré en fonction de la taille du chat. Nous observons une augmentation exponentielle et atteignons un temps de flip de bit 300 fois plus long que la durée de vie intrinsèque de la cavité.

 

 

En savoir plus :
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0824-x

Informations complémentaires :
Laboratoire de Physique de L’Ecole normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)

Auteur correspondant : Zaki Leghtas

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