Bruit quantique : ce qui fait respirer une puce supraconductrice express
Dans les circuits supraconducteurs qui composent les ordinateurs quantiques, des particules supplémentaires — les quasiparticules — naissent de temps à autre. Elles ressemblent à des passants imprévus qui font irruption dans le travail du processeur et gâchent les calculs. Des scientifiques ont réussi à capturer ces événements en temps réel sur deux qubits voisins — des éléments supraconducteurs sensibles à la charge. Les deux qubits sont connectés à un guide d'ondes commun, comme deux microphones dans une même pièce : si quelque chose se passe à proximité, les deux l'entendent.
En régime calme, les quasiparticules tunnelisent (franchissent la barrière d'énergie) seulement quelques fois par seconde. Mais environ une fois par minute, un sursaut se produit : en quelques millièmes de seconde, le taux grimpe d'un facteur mille. Ces sursauts durent environ 7 millisecondes — comme une brève sonnerie dans le silence. Et le plus important : les deux qubits entendent cette sonnerie presque simultanément, ce qui signifie que les erreurs dues aux quasiparticules sont corrélées, c'est-à-dire qu'elles apparaissent à plusieurs endroits à la fois.
Les auteurs ont également remarqué des événements rares où le sursaut s'accompagne d'un déplacement de charge sur le qubit — environ une fois par heure. C'est comme si un invité non seulement entrait dans la pièce, mais déplaçait aussi les meubles. Comprendre ces corrélations aidera à construire des processeurs quantiques qui font moins d'erreurs — car on voit maintenant quand et d'où vient le bruit.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.01945
Quasiparticle tunneling events are a source of decoherence and correlated errors in superconducting circuits. Understanding and ultimately mitigating these errors calls for real-time detection of quasiparticle tunneling events on individual devices. In this work, we simultaneously detect quasiparticle tunneling events in two co-housed, charge-sensitive transmons coupled to a common waveguide. We measure background quasiparticle tunneling rates at the single-hertz level, with temporal resolution of tens of microseconds. Using time-tagged coincidence analysis, we show that individual events are uncorrelated across devices, whereas burst episodes occur about once per minute and are largely correlated. These bursts have a characteristic lifetime of 7 ms and induce a thousand-fold increase in the quasiparticle tunneling rate across both devices. In addition, we identify a rarer subset of bursts which are accompanied by a shift in the offset charge, at approximately one event per hour. Our results establish a practical and extensible method to identify quasiparticle bursts in superconducting circuits, as well as their correlations and spatial structure, advancing routes to suppress correlated errors in superconducting quantum processors.
Les quasiparticules dans un supraconducteur ne sont pas de vraies particules, mais des excitations collectives qui se comportent comme des particules, mais n'existent qu'à l'intérieur du matériau.
Dans la série « Devs », un ordinateur quantique souffre de pannes mystérieuses — cela ressemble au vrai problème des sursauts de quasiparticules, sauf que dans la fiction, leur source est extraterrestre.