Une étude observe de fortes corrélations de bruit entre les qubits de silicium

Pour construire des ordinateurs quantiques très performants, les chercheurs devraient être capables d’obtenir des informations fiables sur le bruit qu’ils contiennent, tout en identifiant des stratégies efficaces pour supprimer ce bruit. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans cette direction, permettant des erreurs de fonctionnement inférieures à 1 % sur diverses plates-formes informatiques quantiques.

Une équipe de recherche de l’Institut de technologie de Tokyo et du RIKEN a récemment entrepris de quantifier de manière fiable les corrélations entre le bruit produit par des paires de qubits à base de semi-conducteurs, qui sont très intéressantes pour le développement de processeurs quantiques évolutifs. Leur article, publié dans Physique naturellea dévoilé de fortes corrélations de bruit interqubit entre une paire de qubits de spin de silicium voisins.

“Un ordinateur quantique utile nécessiterait pratiquement des millions de qubits densément emballés et bien contrôlés, avec des erreurs non seulement petites mais également suffisamment non corrélées”, a déclaré Jun Yoneda, l’un des chercheurs qui ont mené l’étude, à Phys.org. “Nous avons décidé de résoudre le problème potentiellement grave de la corrélation d’erreurs dans les qubits de silicium, car ils sont autrement devenus une plate-forme incontournable pour les grands calculs quantiques.”

La fabrication de processeurs quantiques hautement performants basés sur de nombreux qubits de silicium étroitement positionnés s’est jusqu’à présent révélée un défi. Ces systèmes présenteraient un bruit corrélé entre différents qubits. Cela réduit la tolérance aux pannes des appareils, augmentant leur taux d’erreur et nuisant ainsi à leurs performances.

Dans le cadre de leur récente étude, Yoneda et ses collègues ont entrepris d’explorer l’étendue de ces corrélations de bruit interqubits, dans l’espoir d’éclairer le développement futur de systèmes informatiques quantiques à base de semi-conducteurs. Pour ce faire, ils ont analysé et tenté de quantifier la corrélation entre le bruit vu par deux qubits à base de silicium placés à 100 nm l’un de l’autre.

“Les erreurs dans les qubits de spin du silicium sont dominées par les fluctuations de l’énergie des qubits, c’est-à-dire la différence d’énergie entre les états de rotation ascendante et descendante”, a expliqué Yoneda. “Nous avons mesuré l’évolution temporelle simultanée des énergies des qubits et évalué le” degré de similarité “entre les deux traces temporelles via une quantité appelée densité spectrale de puissance croisée.”

Les chercheurs ont ensuite utilisé une technique d’estimation bayésienne qu’ils ont développée dans le cadre de leurs travaux de recherche précédents, conçue pour donner les distributions de probabilité des densités spectrales de puissance croisées. Cette technique leur a permis de valider la pertinence statistique des corrélations observées, confirmant que les deux qubits étaient soumis à un bruit fortement corrélé.

“Nous avons observé de fortes corrélations de bruit entre les qubits de silicium, avec une force de corrélation pouvant atteindre 0,7 à certaines fréquences”, a déclaré Yoneda. “Il est peu probable que de telles corrélations dues au bruit électrique se dégradent rapidement avec la distance. Nous sommes donc parfaitement conscients que la corrélation des erreurs doit être prise au sérieux dans les réseaux denses de qubits dans le silicium. Nous avons également montré que l’analyse de la corrélation du bruit fournit de nouvelles informations sur la source du bruit électrique. bruit de qubits.”

Les méthodes statistiques employées par cette équipe de chercheurs sont uniques et puissantes, contrairement aux approches conventionnelles, elles ne nécessitent aucune connaissance préalable de l’auto-spectre (par exemple 1/f) pour évaluer et quantifier le bruit des qubits. Dans l’ensemble, les résultats de ces travaux récents confirment les défis associés à la corrélation du bruit entre des qubits de silicium proches, soulignant la nécessité de concevoir de nouvelles approches pour supprimer ou atténuer le bruit dans les ordinateurs quantiques à semi-conducteurs.

“Nos recherches futures consisteront notamment à étudier jusqu’où la corrélation s’étendra dans un réseau de qubits, en tirant parti des méthodes d’inclusion des corrélations croisées dans l’analyse du bruit que nous avons mises au point ici expérimentalement”, a ajouté Yoneda. “Il s’agit d’une question cruciale concernant la tolérance aux pannes, ainsi que la compréhension de la source du bruit.”

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