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- La start-up allemande eleQtron commercialise des ordinateurs quantiques qui remplacent l’utilisation de lasers par un rayonnement micro-ondes afin de contrôler individuellement les qubits ioniques piégés. Ce qui permet de simplifier la conception et de réduire les besoins de refroidissement ainsi que la consommation d’énergie.
- Ce procédé est rendu possible grâce aux générateurs de formes d’ondes arbitraires (AWG) de Spectrum Instrumentation qui utilisent la technologie DDS (Direct Digital Synthesis) pour délivrer jusqu’à 20 porteuses sinusoïdales par sortie afin d’effectuer les opérations quantiques.
La société eleQtron, spin-off de l’Université de Siegen, a récemment livré un ordinateur quantique intégrant ses processeurs quantiques Magic (MAgnetic Gradient Induced Coupling). Ce processeur breveté se différencie des autres conceptions de processeurs quantiques par la mise en œuvre d’un rayonnement micro-ondes, au lieu de lasers, pour contrôler et manipuler les qubits.
L’ablation laser sous vide poussé est la technique habituellement utilisée pour créer une chaîne d’ions d’ytterbium (171Yb+). Ce procédé permet de construire une chaîne pouvant contenir jusqu’à 30 ions dans un seul registre, chacun fonctionnant comme un qubit. La clé de la mise en œuvre des algorithmes quantiques réside dans l’utilisation d’un champ magnétique et d’un champ électrique oscillant pour générer un piège de Paul (piège à ions quadripolaire). De nombreuses conceptions utilisent un laser pour contrôler et manipuler les qubits, les préparant ainsi à l’exécution des portes quantiques. Cependant, ces lasers doivent être d’une grande précision et de forte puissance pour cibler individuellement chaque ion.
Selon eleQtron, l’utilisation de micro-ondes est techniquement plus simple à mettre en œuvre et nécessite une moindre puissance (environ un cinquième de celle nécessaire à un laser). Une source d’oscillation haute fréquence et le canal de sortie de la carte DDS de Spectrum sont combinées à l’aide d’un mélangeur SSB (single sideband) afin de générer un signal à la fréquence de 12,64 GHz. Grâce à l’effet Zeeman résultant du champ magnétique, chaque ion peut être adressé en modulant le signal par deltas de 3 à 5 MHz. Cette technique, qui permet d’obtenir une faible diaphonie, s’intègre parfaitement aux pièges à ions sur puce. La carte DDS génère le signal multi-tons nécessaire au contrôle et à la manipulation individuels des qubits.
Les scientifiques d’eleQtron ont fait appel à Spectrum Instrumentation lorsque leur solution de génération de signaux arbitraires ne répondait plus à leurs exigences. Les signaux générés doivent pouvoir être modifiés en amplitude, déphasage, longueur d’impulsion et fréquence afin de contrôler correctement chaque qubit. Cela permet d’atteindre la fréquence Rabi souhaitée, qui détermine la vitesse des opérations quantiques. Cependant, ces exigences imposent au générateur de formes d’ondes arbitraires (AWG) des caractéristiques très spécifiques.
Les cartes au format PCIe de génération de formes d’onde arbitraires sur 16 bits de la série M4i.66xx sont dotées d’un, deux ou quatre canaux synchrones offrant une capacité de transmission de données pouvant atteindre 1,25 Géch./s, ainsi qu’une profondeur mémoire embarquée segmentable de 2 Géch. afin de reproduire différentes formes d’onde. Grâce aux pilotes optimisés de Spectrum, les débits de transmission de données atteignent 2,8 Go/s. Jusqu’à huit cartes peuvent être synchronisées si besoin.
Grâce au micrologiciel DDS, les sorties permettent d’utiliser jusqu’à 20 cœurs sinusoïdaux sur une voie. Chaque cœur DDS peut être programmé, en quelques commandes seulement, en fréquence, amplitude, phase, pente de fréquence et pente d’amplitude. Ce qui permet d’effectuer des modifications sur les cœurs sinusoïdaux avec une résolution de 6,4 ns.
