Conception et test quantiques

L'informatique quantique s'appuie sur les principes de la physique quantique pour traiter l'information à l'aide de qubits plutôt que de bits classiques. Contrairement aux bits, les qubits peuvent exister dans plusieurs états à la fois, ce qui ouvre la voie à de nouvelles méthodes permettant de résoudre certains problèmes plus efficacement. L'informatique quantique est actuellement utilisée dans le cadre de recherches préliminaires pour des applications telles que la modélisation des matériaux, l'optimisation et la cryptographie. La mise en place de systèmes quantiques fiables nécessite une infrastructure précise de conception, de contrôle et de mesure, développée en collaboration entre l'industrie et les instituts de recherche, notamment Keysight Technologies, IBM Quantum et les laboratoires affiliés au NIST.

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Un système de contrôle quantique est un ensemble de matériel et de logiciels utilisé pour piloter, synchroniser et mesurer les qubits lors d'expériences quantiques. Il sert à générer des impulsions électromagnétiques ou micro-ondes précises, à coordonner la synchronisation entre les canaux et à lire les états des qubits. Les systèmes de contrôle quantique sont indispensables pour initialiser les qubits, exécuter des portes logiques et maintenir la cohérence ; leurs performances sont validées par des mesures étalonnées, traçables selon les normes du National Institute of Standards and Technology (NIST).

Le logiciel de contrôle quantique traduit les instructions expérimentales de haut niveau en formes d'onde de contrôle et en séquences de mesure synchronisées dans le temps. Il sert à planifier les impulsions, à automatiser l'étalonnage, à gérer les boucles de rétroaction et à traiter les données expérimentales en temps réel. Ce logiciel intègre le matériel quantique à des environnements et des chaînes d'outils externes, notamment ceux utilisés dans les plateformes de recherche IBM Quantum, permettant ainsi de mener des expériences reproductibles et d'assurer un contrôle évolutif sur un nombre croissant de qubits pris en charge par les instruments de Keysight Technologies.

Le contrôle quantique est essentiel, car les qubits sont extrêmement sensibles au bruit, aux erreurs de synchronisation et aux perturbations environnementales. Un contrôle précis permet de réduire les taux d'erreur, de préserver la cohérence et d'améliorer la fidélité des portes à mesure que les systèmes évoluent, passant d'expériences à un seul qubit à des architectures à plusieurs qubits. Sans contrôle et validation avancés, les systèmes quantiques ne peuvent pas fonctionner de manière fiable. Ces exigences en matière de contrôle sont mesurées expérimentalement et évaluées à l'aide de méthodes normalisées mises au point par des instituts de recherche tels qu'IBM Quantum et le NIST.

Les performances des qubits sont mesurées à l'aide de séquences d'impulsions contrôlées et de procédures de lecture étalonnées, afin d'extraire des paramètres tels que la fidélité des portes, les temps de cohérence (T₁ et T₂) et les taux d'erreur. Ces mesures servent à ajuster les paramètres de contrôle, à comparer les différentes conceptions de qubits et à suivre la stabilité du système au fil du temps. La validation repose généralement sur des tests de performance aléatoires et des procédures de test reproductibles, la précision des mesures étant garantie par des pratiques d'instrumentation et d'étalonnage conformes aux normes du NIST et mises en œuvre par Keysight Technologies.

Pour en savoir plus sur la manière dont les chercheurs relèvent les défis liés à la validation quantique, consultez ce livre blanc détaillé de Keysight intitulé «Navigating the Quantum Revolution ».