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

3 novembre 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Pour construire des ordinateurs quantiques performants, les chercheurs doivent être capables de déduire de manière fiable des informations sur le bruit à l'intérieur de ceux-ci, 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 d'opération inférieures à 1% dans différentes plateformes d'informatique quantique. 

Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Tokyo et du RIKEN s'est récemment lancée dans la tâche de quantifier de manière fiable les corrélations entre le bruit produit par des paires de qubits à base de semi-conducteurs, qui sont très attractifs pour le développement de processeurs quantiques évolutifs. Leur article, publié dans la revue Nature Physics, a révélé de fortes corrélations de bruit entre deux qubits de spin en silicium voisins.

"Un ordinateur quantique utile nécessiterait pratiquement des millions de qubits bien contrôlés, densément regroupés, avec des erreurs non seulement petites mais aussi suffisamment non corrélées", a déclaré Jun Yoneda, l'un des chercheurs qui ont réalisé l'étude, à Phys.org. "Nous avons entrepris de résoudre le problème potentiellement sérieux de la corrélation d'erreur dans les qubits en silicium, car ils sont devenus une plateforme convaincante pour les calculs quantiques à grande échelle autrement."

La fabrication de processeurs quantiques performants basés sur de nombreux qubits en silicium étroitement positionnés s'est jusqu'à présent révélée difficile. Ces systèmes présenteraient un bruit corrélé entre différents qubits. Cela réduit la tolérance aux erreurs des appareils, augmente leur taux d'erreur et nuit donc à leurs performances.

Dans le cadre de leur étude récente, Yoneda et ses collègues ont entrepris d'étudier l'ampleur de ces corrélations de bruit entre les qubits, dans l'espoir d'informer le futur développement de systèmes informatiques quantiques basés sur des semi-conducteurs. Pour ce faire, ils ont analysé et tenté de quantifier la corrélation entre le bruit observé par deux qubits en silicium placés à 100 nm l'un de l'autre.

"Les erreurs dans les qubits de spin en silicium sont dominées par les fluctuations de l'énergie du qubit, c'est-à-dire la différence d'énergie entre les états d'up et de down", 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 la densité spectrale de puissance croisée."

Les chercheurs ont ensuite utilisé une technique d'estimation bayésienne qu'ils avaient développée lors de leurs travaux de recherche précédents, conçue pour donner les distributions de probabilité des densités spectrales de puissance croisée. 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 en silicium, avec une force de corrélation aussi élevée que 0,7 à certaines fréquences", a déclaré Yoneda. "Ces corrélations dues au bruit électrique ne sont pas susceptibles de se dissiper rapidement avec la distance, nous sommes donc désormais vivement conscients que la corrélation d'erreur doit être prise au sérieux dans les réseaux de qubits denses en silicium. Nous avons également montré que l'analyse de la corrélation du bruit offre de nouvelles perspectives sur la source du bruit du qubit."

Les méthodes statistiques utilisées par cette équipe de chercheurs sont uniques et puissantes, car contrairement aux approches conventionnelles, elles ne nécessitent pas de connaissances préalables sur l'auto-spectre (par exemple, 1/f) pour évaluer et quantifier le bruit du qubit. Dans l'ensemble, les résultats de cette étude récente confirment les défis liés à la corrélation du bruit entre les qubits en silicium étroitement situés, soulignant la nécessité de concevoir de nouvelles approches pour supprimer ou atténuer le bruit dans les ordinateurs quantiques à base de semi-conducteurs.

"Nos futures recherches consisteront à étudier jusqu'où la corrélation s'étendra dans un réseau de qubits, en exploitant les méthodes d'inclusion des corrélations croisées dans l'analyse du bruit que nous avons pionnières ici expérimentalement", a ajouté Yoneda. "Il s'agit d'une question critique concernant la tolérance aux erreurs, ainsi que la compréhension de la source du bruit."

Informations sur la revue : Nature Physics

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