Une équipe de physiciens de la faculté d’ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard a découvert qu’un flux constant d’ondes sonores peut protéger un fragment quantique fragile de son propre environnement bruyant, triplant presque la durée pendant laquelle il contient des informations. Cette avancée ouvre la voie à des réseaux quantiques sonores sur puces ainsi qu’à des systèmes quantiques hybrides combinant de nombreux types de qubits différents.
« Un type émergent de réseau quantique utilise le spin d’un électron, associé à l’impureté du diamant, comme mémoire quantique ; et des particules sonores appelées phonons comme supports d’informations entre les nœuds qubits », ont déclaré Eliza Cornell, chercheuse à Harvard, et ses collègues.
« Les phonons offrent plusieurs avantages par rapport aux approches plus traditionnelles des réseaux quantiques qui utilisent la lumière comme support d’informations à l’échelle de la puce. »
« Premièrement, les longueurs d’onde des phonons à une fréquence donnée sont beaucoup plus courtes que les longueurs d’onde de la lumière, ce qui permet des dispositifs avec des empreintes beaucoup plus petites et une intégration plus étroite. »
« Deuxièmement, les phonons se couplent facilement aux spins du solide et aux champs électromagnétiques, ce qui en fait des composants intéressants dans les systèmes quantiques hybrides qui utilisent plus d’un type de qubit. »
« Mais travailler avec les phonons présente des défis uniques, principalement liés à la mémoire. »
« Les mémoires quantiques doivent être protégées de leur environnement afin d’étendre leur cohérence, ou leur capacité à conserver la mémoire suffisamment longtemps. »
« Mais les approches existantes qui s’appuient sur des impulsions micro-ondes pour découpler les mémoires de leur environnement ne fonctionnent pas bien sur les qubits hébergés dans des cavités phononiques. »
Le Dr Cornell et ses co-auteurs ont résolu ce goulot d’étranglement en démontrant une « protection de cohérence entièrement mécanique » unique d’un spin de silicium vacant dans le diamant.
Plutôt que les impulsions micro-ondes traditionnelles, ils ont appliqué un champ d’entraînement mécanique continu composé de phonons pour faire passer le qubit dans un état différent, appelé qubit « habillé ».
Appelés « habillés », ces états sont moins sensibles au bruit basse fréquence de l’environnement.
Étant donné que la cohérence des spins est ici protégée par un champ mécanique continu compatible avec les cavités phononiques, l’approche est conçue pour fonctionner au sein des mêmes structures qui seraient éventuellement utilisées pour connecter des nœuds stationnaires dans un réseau quantique.
Les phonons auraient deux missions dans ce type de réseau : transmettre l’information quantique et aussi la protéger.
« Nous résolvons deux problèmes. Nous voulons que le spin ait une forte interaction avec les phonons, et nous voulons que le spin ait un long temps de cohérence », a déclaré le Dr Cornell.
« Notre article démontre une méthode permettant d’étendre le temps de cohérence qui est compatible avec le fait que le centre de silicium se trouve dans une cavité. »
