Un qubit qui ne craint pas le bruit express
Un qubit supraconducteur ordinaire ressemble à une balançoire que le moindre coup de vent fait osciller. La moindre variation de charge électrique à proximité suffit à corrompre l'état quantique. Dans ces nouveaux travaux, les physiciens ont fabriqué une balançoire à socle lourd : la charge sur l'îlot du qubit ne peut changer que par paires, comme si l'on ne pouvait glisser des pièces dans une tirelire que deux à la fois. C'est précisément cette propriété qui protège du bruit de charge.
Le circuit est appelé qubit $\cos(2\varphi)$. Dans ce montage, la jonction tunnel ne laisse passer que des paires de paires de Cooper — des quadruplets d'électrons liés. L'expérience a révélé une séparation entre deux états de parités opposées de 13,6 mégahertz. C'est cent fois moins que dans les versions précédentes, si bien que les secousses de charge aléatoires n'affectent presque plus le qubit. On est même parvenu à le contrôler de manière cohérente et à lire son état en un seul tir.
Mais il y a un revers à la médaille. La faible fréquence de transition rend le qubit vulnérable au bruit magnétique dans la boucle de l'élément tunnel. Le temps de vie $T_1$ atteint 70 microsecondes, et le temps de cohérence avec une impulsion d'écho est de 2,5 microsecondes. Ces chiffres sont encore modestes comparés aux meilleurs qubits conventionnels, mais le potentiel est énorme : si l'on parvient à dompter le bruit magnétique, les pertes par charge pourraient bien dépasser les 10 millisecondes.
Les auteurs proposent deux pistes : des circuits gradiométriques, où le champ magnétique est compensé, ou de nouveaux éléments avec tunnelisation de quatre électrons. Si cela aboutit, les ordinateurs quantiques deviendront nettement plus fiables sans nécessiter une correction d'erreurs complexe.
Les paires de Cooper sont des électrons qui, à très basse température, s'associent en paires et circulent sans résistance. Dans ce qubit, ils ne tunnelisent que par groupes de quatre, comme des wagonnets accouplés deux par deux.
L'idée de protéger l'information quantique du bruit évoque l'« isolation topologique » du roman de Greg Egan, « La Cité des permutants », où les données sont stockées dans des nœuds stables de l'espace.