Un nouvel algorithme utilise un hologramme pour contrôler des ions piégés
mardi, mai 4, 2021
Des chercheurs ont découvert la manière la plus précise de contrôler des ions individuels à l’aide d’une technologie de génie optique holographique.
Cette nouvelle technologie fait appel au premier dispositif de génie optique holographique connu afin de contrôler des qubits à ions piégés. Cette technologie devrait aider à mettre au point des contrôles plus précis de qubits, en vue du développement de matériel propre à l’industrie quantique. Ce matériel permettra de réaliser de nouvelles expériences de simulation quantique et potentiellement de mettre en œuvre des processus de correction d’erreurs quantiques pour des qubits à ions piégés.
« Notre algorithme calcule le profil de l’hologramme et supprime toutes les aberrations de la lumière, ce qui nous permet de mettre au point une technique très précise pour la programmation d’ions » [traduction], affirme le premier auteur Chung-You Shih, doctorant à l’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo.
Kazi Rajibul Islam, professeur à l’IQC ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Waterloo, est le chercheur principal de ce projet. Depuis 2019, son équipe piège des ions utilisés en simulation quantique au laboratoire d’information quantique, mais elle avait besoin d’un moyen précis de les contrôler.
Un laser pointé sur un ion peut modifier l’état quantique de cet ion, formant un élément de traitement d’information quantique. Cependant, les faisceaux laser comportent des aberrations et des distorsions qui peuvent se traduire par un point flou et large, ce qui pose un problème car la distance entre des ions piégés est de quelques micromètres — soit beaucoup moins que l’épaisseur d’un cheveu humain.
Pour stimuler les ions, l’équipe voulait disposer de faisceaux laser créés avec précision. Pour ce faire, elle a pris un laser, en a gonflé la lumière jusqu’à une largeur de 1 cm, puis l’a projetée à travers une matrice de micromiroirs (MDM) programmable fonctionnant comme un projecteur de films. La MDM se présente sous forme d’une puce comportant 2 millions de miroirs micrométriques contrôlés individuellement à l’aide d’une tension électrique. La MDM est programmée avec un algorithme mis au point par M. Shih pour afficher une image holographique. On peut contrôler avec précision l’intensité et la phase de la lumière produite par l’hologramme de la MDM.
Au cours des essais, l’équipe a été capable de manipuler chaque ion à l’aide de la lumière holographique. Les travaux précédents s’étaient heurtés à des interférences, car lorsqu’un laser est focalisé sur un ion, la lumière se répand sur les ions voisins. Grâce à ce dispositif, l’équipe caractérise avec succès les aberrations en utilisant un ion comme capteur. Elle peut ensuite annuler les aberrations en réglant l’hologramme et obtenir les interférences les plus faibles au monde.
« Ce n’est pas facile d’utiliser des MDM disponibles dans le commerce, dit M. Shih. Leurs contrôleurs sont faits pour des projecteurs et pour la lithographie UV, et non pour des expériences quantiques. La prochaine étape consistera à mettre au point notre propre matériel pour des expériences de calcul quantique. » [traduction]
L’article Reprogrammable and high-precision holographic optical addressing of trapped ions for scalable quantum control (Adressage optique holographique reprogrammable et de haute précision d’ions piégés en vue d’un contrôle quantique adaptable), paru dans npj Quantum Information, expose en détail les travaux des chercheurs.
Ces recherches ont été financées en partie par le Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada (FERAC), par l’intermédiaire du groupe Technologies quantiques transformatrices.