Six modes de vibration intriqués sur une puce à Shenzhen

À l'Académie internationale quantique de Shenzhen, le groupe de Tan Dian a intriqué jusqu'à six modes phononiques sur une seule puce, et déplacé certains de ces états d'un résonateur acoustique à un autre. L'intrication est ce lien singulier entre objets quantiques qui préserve leurs corrélations, même lorsque les parties sont traitées séparément. Ici, les objets sont des vibrations à l'intérieur d'un solide, ce qui rend le résultat inhabituel.

L'équipe a utilisé des résonateurs à ondes acoustiques de volume à haute harmonique, appelés HBAR, qui supportent de nombreux modes de vibration à longue durée de vie et peuvent être intégrés sur des puces. Les dispositifs antérieurs reposaient souvent sur des cavités micro-ondes tridimensionnelles. Ici, les chercheurs ont placé deux HBAR, des qubits supraconducteurs et un coupleur ajustable sur une même puce hybride bidimensionnelle. En ajustant l'écart entre les fréquences des modes acoustiques et le couplage qubit-phonon, un seul qubit pouvait se coupler fortement à plusieurs modes mécaniques. L'article rapporte des états réellement multipartites intriqués à deux, quatre et six modes, avec des fidélités de 0,912, 0,790 et 0,570. Tan explique qu'une intrication véritable signifie que les corrélations sont partagées par l'ensemble du système multimode et ne peuvent pas être découpées en morceaux intriqués plus petits et indépendants. La baisse régulière de la fidélité à mesure que le nombre de modes augmente montre à quelle vitesse la tâche se complique.

Le transfert constitue la seconde moitié du résultat. Les états à deux modes et à quatre modes ont été transférés entre les deux résonateurs avec des fidélités de 0,785 et 0,601. Pour vérifier ces états, le groupe a mis au point une méthode de tomographie, c'est-à-dire une façon de reconstruire un état quantique à partir de mesures, qui réutilise un nombre limité de qubits pour plusieurs modes et ne nécessite que deux qubits supraconducteurs. L'équipe affirme qu'il s'agit de la plus grande caractérisation expérimentale d'un état phononique multimode sur une plateforme d'acoustique quantique à ce jour.

Que change ce résultat pour le lecteur ? Pour l'instant, rien en dehors du laboratoire. Les chercheurs proposent aussi une architecture qui couple davantage de qubits à davantage de résonateurs grâce à des coupleurs contrôlables, avec pour objectif à long terme des réseaux quantiques modulaires à base de phonons. Ces réseaux seraient constitués de nœuds distincts reliés par des états quantiques véhiculés par les vibrations, mais l'article ne donne ni calendrier ni dispositif réalisable sur cette base. Le résultat démontre que les composants peuvent fonctionner ensemble, et la baisse des fidélités marque l'écart qui subsiste avant que l'approche puisse passer à grande échelle.

Les travaux associent plusieurs institutions en plus de l'académie, notamment l'Université des sciences et de la technologie du Sud, l'antenne de Shenzhen du Laboratoire national de Hefei, l'université du Zhejiang et l'université de Jimei, ainsi que des collaborateurs de l'université de Stuttgart et de l'EPFL.