Cryoélectronique : piloter des qubits à 4 kelvins express
Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes inaccessibles aux machines classiques, mais leur cœur — les qubits — exige des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu. Piloter les qubits et lire leur état se fait généralement depuis une salle chaude, en tirant de nombreux câbles à travers le réfrigérateur. C'est comme diriger un orchestre depuis un bâtiment voisin à travers de longs tuyaux : le signal se déforme, et à mesure que le nombre de qubits augmente, le système devient encombrant.
Cette nouvelle étude propose de déplacer une partie de l'électronique directement dans le froid — sur une platine à 4 kelvins (soit -269 °C, la température de l'hélium liquide). Là, dans le cryostat, sont placés des circuits analogiques qui génèrent des signaux radiofréquence précis pour piloter les qubits et amplifient les faibles signaux issus de ceux-ci pour la lecture. Tout le système a été simulé en tenant compte des particularités des transistors à basse température : les porteurs de charge « gèlent », la tension de seuil augmente, mais la mobilité des électrons s'améliore.
Les résultats de simulation sont impressionnants : l'erreur de phase entre deux composantes du signal est inférieure à 2 degrés, la réjection du canal image indésirable est supérieure à 35 décibels, et la probabilité d'erreur lors de la transmission des symboles est inférieure à un millionième. Cela signifie que les qubits reçoivent des commandes propres et que leurs réponses sont lues sans ambiguïté.
Cette architecture — modulaire et validée par simulation — ouvre la voie à des processeurs quantiques évolutifs, où l'électronique de commande vit à côté des qubits, réduisant les câbles et les distorsions.
La température de 4 kelvins est la température d'ébullition de l'hélium liquide, utilisé pour refroidir les aimants supraconducteurs des appareils d'IRM.