Thèse en cours

Machine de Turing quantique avec une mémoire quantique à ensemble des spins
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Auteur / Autrice : Julian Zivy
Direction : Nicolas Sangouard
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Physique
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de PHysique Théorique
référent : Faculté des sciences d'Orsay

Résumé

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L'informatique quantique devrait conduire à une percée technologique majeure, offrant des accélérations exponentielles par rapport aux ordinateurs classiques pour divers algorithmes et ouvrant la voie à de nouvelles applications, allant du développement de nouveaux catalyseurs pour la capture du carbone à la conception efficace de médicaments. Alors que les qubits supraconducteurs sont parmi les technologies les plus matures et les plus prometteuses pour la mise en œuvre des ordinateurs quantiques, leur connectivité est limitée aux interactions voisines. Cela augmente considérablement le nombre d'opérations élémentaires nécessaires pour effectuer des calculs approfondis par rapport à une architecture avec une connectivité complète. De plus, les temps de cohérence limités des qubits supraconducteurs imposent l'utilisation de codes correcteurs d'erreurs, entraînant un surcoût de ressources important. Trouver des architectures pour améliorer à la fois la connectivité et le temps de cohérence est un ingrédient clé pour la mise en œuvre d'ordinateurs quantiques universels. L'objectif de cette thèse de doctorat est d'étudier le potentiel théorique d'une nouvelle architecture d'informatique quantique fonctionnant comme une « machine de Turing quantique » (QTM). Cette architecture est composé de deux unités : i) Un processeur quantique élémentaire basé sur un petit nombre de qubits supraconducteurs de type transmon, couplés entre eux et mesurés dans une architecture de circuit QED, et ii) une mémoire quantique basée sur un grand nombre de spins électroniques. Le protocole de mémoire que nous allons considérer est basé sur des techniques d'écho photonique et présente deux caractéristiques clés : i) un grand nombre de bits quantiques peuvent être stockés en parallèle, tout en préservant leur état intriqué, et ii) deux ou plusieurs qubits cibles peuvent être libéré tout en gardant les autres de sorte que même avec un processeur quantique composé de seulement deux qubits, cette architecture QTM pourrait en principe fonctionner comme un ordinateur quantique universel avec des qubits étant limité par des N-spins uniquement. Contrairement aux qubits constituant le processeur, les spins dans la mémoire ont des temps de cohérence quasi infinis (des temps de cohérence de l'ordre de 1 seconde ont été observés récemment par le groupe Quantronics dans un ensemble de donneurs de Bismuth en silicium polarisés à leur "Clock Transition », tandis que les qubits supraconducteurs ont typiquement des temps de cohérence de plusieurs dizaines de microsecondes), ce qui diminue considérablement le taux d'erreur dû à la décohérence. De plus, cette architecture disposera d'une connectivité all-to-all, permettant de réduire significativement le nombre de portes élémentaires nécessaires pour effectuer un calcul par rapport aux architectures standards. La cohérence plus élevée et la connectivité all-to-all rendent cette nouvelle architecture très prometteuse.