17/10/2025 Spectrum Instrumentation GmbH
Les scientifiques en physique quantique s’efforcent d’améliorer les ordinateurs quantiques pour les rendre plus fiables et performants. La start-up allemande eleQtron propose des ordinateurs quantiques innovants utilisant des radiations micro-ondes au lieu de lasers pour contrôler les qubits piégés, ce qui permet un design simplifié et une consommation d’énergie réduite. Cette avancée majeure repose sur les générateurs de formes d’onde arbitraires (AWG) de Spectrum Instrumentation, qui utilisent une technologie avancée de synthèse numérique directe (DDS) avec jusqu’à 20 porteuses sinusoïdales par sortie pour réaliser les opérations quantiques.
eleQtron, issu de l’Université de Siegen, a récemment livré un ordinateur quantique intégrant ses processeurs quantiques brevetés MAGIC (MAgnetic Gradient Induced Coupling). Le design MAGIC se distingue des autres processeurs quantiques en utilisant des micro-ondes plutôt que des lasers pour contrôler et manipuler les qubits.
L’ablation laser est initialement utilisée dans un vide élevé pour créer une chaîne d’ions d’ytterbium (171Yb+). Ce processus permet de constituer une chaîne allant jusqu’à 30 ions dans un même registre, chaque ion fonctionnant comme un qubit. Pour appliquer les algorithmes quantiques, un champ magnétique et un champ électrique oscillant sont utilisés pour générer un piège de Paul (trap quadrupolaire). Beaucoup de conceptions utilisent un laser à cette étape pour contrôler et manipuler les qubits, les préparant à exécuter des portes quantiques. Toutefois, ces lasers doivent être d’une grande précision pour cibler chaque ion individuellement et nécessitent une puissance élevée.
À l’inverse, les micro-ondes sont techniquement plus simples et consomment environ un cinquième de la puissance. Une source d’oscillation haute fréquence et la sortie de la carte DDS de Spectrum sont combinées à l’aide d’un mélangeur à bande latérale unique (SSB), générant un signal autour de 12,64 GHz. Grâce à l’effet Zeeman résultant du champ magnétique, chaque ion peut être « adressé » en modulant le signal en deltas de 3 à 5 MHz, ce qui réduit le diaphonie et s’intègre bien aux pièges à ions basés sur des puces. La carte DDS génère le signal multiton nécessaire pour contrôler et manipuler les qubits de manière individuelle.
L’ordinateur quantique eleQtron utilise plusieurs processeurs MAGIC.
Les scientifiques d’eleQtron se sont tournés vers Spectrum Instrumentation lorsqu’ils ont atteint les limites de leur matériel AWG existant. Les signaux générés doivent être modifiés en amplitude, décalage de phase, longueur d’impulsion et fréquence pour contrôler correctement chaque qubit. Cela aide à atteindre la fréquence de Rabi souhaitée, qui détermine la vitesse des opérations quantiques. Cependant, ces exigences placent des demandes significatives sur le générateur de formes d’onde arbitraires (AWG).
Succès parmi les scientifiques quantiques : La carte M4i.6631 AWG de Spectrum Instrumentation, capable de générer pratiquement n’importe quelle forme d’onde. En mode DDS, la carte génère jusqu’à 20 porteuses sinusoïdales indépendantes par canal pour un contrôle rapide et facile des expériences.
L’équipe d’eleQtron a été recommandée à utiliser la série d’AWG M4i.66xx, un instrument bien connu dans la communauté des chercheurs en quantique. Ces cartes PCIe peuvent offrir un, deux ou quatre canaux synchrones avec un taux de sortie allant jusqu’à 1,25 GS/s, et une grande mémoire interne qui peut être segmentée pour reproduire différentes formes d’onde. Grâce aux pilotes optimisés de Spectrum, des taux de transfert de données atteignant 2,8 Go/s sont réalisables, et jusqu’à huit cartes peuvent être synchronisées si nécessaire. Avec le firmware DDS supplémentaire, les sorties permettent jusqu’à 20 noyaux sinusoïdaux sur un canal. Chaque noyau DDS peut être programmé pour la fréquence, l’amplitude, la phase, la pente de fréquence et la pente d’amplitude avec quelques commandes seulement, permettant des changements ultrarapides sur les noyaux sinusoïdaux avec une résolution de 6,4 ns. Cela aide à adresser davantage de qubits et offre la flexibilité requise dans la conception des processeurs quantiques pour réaliser des circuits quantiques plus complexes. Pour l’équipe d’eleQtron, la solution DDS était essentielle à leur concept. Ils ont également souligné le soutien exceptionnel qu’ils ont reçu de Spectrum, de la qualité de la documentation à la réactivité des ingénieurs de conception.
Points à retenir
- eleQtron innove avec des ordinateurs quantiques exploitant les micro-ondes.
- Les processeurs MAGIC présentent un avantage en réduisant la consommation d’énergie par rapport aux lasers.
- La capacité à adresser plusieurs qubits simultanément est facilitée par la technologie DDS.
- Le soutien technique de Spectrum a renforcé la performance d’eleQtron.
- Les avancées en physique quantique continuent de progresser grâce à des collaborations innovantes.
En tant que passionné de technologie, je me demande quelles seront les prochaines étapes pour les ordinateurs quantiques. Avec de telles innovations, il est crucial d’explorer les implications éthiques et pratiques de cette technologie émergente. Sommes-nous prêts à intégrer l’informatique quantique dans nos vies quotidiennes, et quels défis devrons-nous surmonter pour y parvenir ?