Une avancée majeure dans la technologie quantique a été réalisée avec le fonctionnement continu d'un système quantique à atomes neutres à grande échelle. Les chercheurs ont réussi à manipuler et maintenir avec cohérence plus de 3 000 qubits, surmontant ainsi des défis de longue date liés à la perte d'atomes et au fonctionnement par impulsions dans les processeurs quantiques atomiques.
La plateforme à atomes neutres se distingue par sa polyvalence pour la science quantique, offrant un contrôle précis au niveau de l'atome unique. Elle est cruciale pour les simulations quantiques, le calcul quantique, la métrologie, les horloges atomiques et les réseaux quantiques. Cependant, la nature discontinue de ces systèmes a longtemps constitué un obstacle. Les atomes piégés dans des réseaux optiques ou des pinces optiques sont sujets à des pertes dues à la décohérence et aux perturbations environnementales, nécessitant des rechargements fréquents qui interrompent les opérations quantiques.
L'équipe de recherche a mis en œuvre une architecture expérimentale novatrice utilisant deux "tapis roulants" à réseau optique. Ces réseaux dynamiques déplacent des réservoirs d'atomes froids vers une "zone scientifique" pour le contrôle et la mesure. Les atomes sont ensuite sélectivement extraits dans des pinces optiques, servant de dépôts de qubits, avec une perturbation minimale des qubits existants. Ce système a démontré un taux de rechargement de 300 000 atomes par seconde dans les pinces optiques, permettant l'initialisation de plus de 30 000 qubits par seconde.
Cette capacité de traitement a permis l'assemblage et le maintien continu d'un réseau de qubits dépassant 3 000 atomes pendant plus de deux heures. Une caractéristique clé de cette approche est sa capacité à recharger de manière persistante le réseau de qubits atomiques tout en préservant les états quantiques des qubits stockés. Les chercheurs ont démontré le rechargement avec des atomes polarisés en spin et l'injection de qubits dans des états de superposition cohérente, une fonctionnalité essentielle pour maintenir la cohérence lors des mises à jour dynamiques du système.
L'architecture utilise également deux tapis roulants pour séparer spatialement les réservoirs d'atomes de la zone de traitement scientifique, atténuant ainsi le bruit thermique et vibratoire. Les systèmes à atomes neutres offrent une évolutivité inhérente et une nature intrinsèquement identique de chaque atome, simplifiant la construction de systèmes quantiques plus vastes et performants par rapport à d'autres technologies de qubits comme les circuits supraconducteurs ou les ions piégés.
Cette percée dans le fonctionnement continu des systèmes à atomes neutres a des implications considérables au-delà du calcul quantique. Elle améliore significativement les horloges atomiques et les capteurs quantiques en augmentant leurs cadences, leur précision et en optimisant les taux d'acquisition de données. De plus, le fonctionnement continu et cohérent positionne les réseaux d'atomes neutres comme des candidats de premier plan dans la quête de l'informatique quantique tolérante aux fautes, offrant une voie prometteuse vers l'évolution quantique profonde des circuits.
Bien que cette plateforme représente une étape marquante, des défis subsistent pour un déploiement pratique, notamment la mise à l'échelle au-delà de 3 000 qubits. Néanmoins, la démonstration claire d'un fonctionnement continu et cohérent transforme le paradigme de développement des dispositifs quantiques à atomes neutres, établissant ces plateformes comme des architectures viables pour les technologies quantiques de nouvelle génération fonctionnant en continu et à grande échelle.