Fujitsu collabore avec QuTech dans le développement d'une nouvelle technologie de congélation de l'électronique pour contrôler les qubits de spin du diamant : Fujitsu Global

Fujitsu Limitée

Tokyo, le 20 février 2024

Fujitsu a annoncé aujourd'hui une collaboration avec Qutech ⁽¹⁾ pour le développement des premiers circuits électroniques cryogéniques au monde pour contrôler les bits quantiques à base de diamant. Permettant un fonctionnement pratique des qubits et de l'électronique de contrôle dans un réfrigérateur cryogénique compact, la nouvelle technique résout le « goulot d'étranglement du câblage » dans le refroidissement des qubits tout en maintenant des performances de haute qualité, marquant une étape importante vers la réalisation d'ordinateurs quantiques à plus grande échelle.

QuTech présentera les résultats du projet de recherche conjoint avec Fujitsu lors de la « Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs ISSCC 2024 (Conférence internationale IEEE sur les circuits à semi-conducteurs 2024) », l'une des plus grandes conférences sur la technologie des semi-conducteurs qui se tiendra à San Francisco. , États-Unis, du 18 février 2024 au jeudi 22 février.

Arrière-plan

Les qubits utilisent des effets quantiques extrêmement fragiles qui sont perturbés par diverses influences, notamment la plus petite quantité de chaleur. La chaleur qui s’infiltrait dans les ordinateurs quantiques détruirait immédiatement les informations contenues dans un qubit, rendant tout ordinateur quantique peu fiable et inutilisable. Pour garantir un fonctionnement précis, les qubits doivent être refroidis aux températures les plus froides possibles, proches du zéro kelvin absolu (-273°C).

Le fonctionnement précis des circuits électroniques contrôlant les qubits représente un défi permanent, et les méthodes conventionnelles pour maintenir les qubits suffisamment froids nécessitent un petit réfrigérateur cryogénique, où les qubits sont connectés par des fils aux composants électroniques situés à l'extérieur du réfrigérateur.

Cependant, les fils entre les qubits froids et l’électronique à température ambiante ont un impact significatif sur la fiabilité, la fabrication et la taille des ordinateurs quantiques.

Pour résoudre ce problème, Fujitsu, en collaboration avec des chercheurs et des ingénieurs de QuTech – une collaboration entre la TU Delft et TNO – a développé une nouvelle technique tirant parti de l'expertise de QuTech dans la technologie des circuits intégrés à semi-conducteurs cryogéniques (circuit cryo-CMOS) et du qubit de spin diamant, qui est plus robuste aux perturbations thermiques, pour piloter avec succès un qubit de spin de diamant à l'aide d'un circuit cryo-CMOS installé dans un réfrigérateur cryogénique. La nouvelle technologie permet l’installation d’un circuit cryo-CMOS à la même température qu’un qubit de spin de diamant (4 Kelvin), ce qui peut simplifier le câblage et conduire à la construction d’ordinateurs quantiques intégrés hautes performances et à grande échelle.

Technologie nouvellement développée pour refroidir l’électronique

Fujitsu, en collaboration avec QuTech, a développé une nouvelle technologie qui refroidit l'ensemble de l'ordinateur quantique au lieu des seuls qubits. Tirant parti de la technologie des circuits cryo-CMOS, Fujitsu et QuTech ont conçu un circuit d'application de champ magnétique et un circuit de pilotage micro-ondes nécessaires pour piloter un qubit de spin de diamant à 4 Kelvin. En pilotant ce circuit d'application de champ magnétique et ce circuit de pilotage de micro-ondes dans le même réfrigérateur cryogénique que le qubit, Fujitsu et QuTech ont réussi à générer un champ magnétique et des micro-ondes suffisamment puissants pour piloter le qubit de rotation du diamant.

La nouvelle technologie simplifie le câblage et pourrait un jour contribuer à la réalisation d’ordinateurs quantiques intégrés hautes performances et à grande échelle.

Fabio Sebastiano, chercheur principal chez QuTech, explique : « Dans la conception de systèmes électriques, il y a toujours un équilibre entre performances et puissance : l'augmentation de l'une signifie une diminution de l'autre. Notre défi est d’obtenir des performances élevées, tout en ne limitant pas la consommation électrique. Masoud Babaie, chercheur principal chez QuTech, ajoute : « Ceci est crucial car trop de puissance pourrait surchauffer le réfrigérateur cryogénique utilisé pour maintenir le système à basse température. Nous avons utilisé des contrôleurs électroniques cryogéniques spécifiques (contrôleurs cryo-CMOS) pour atténuer le goulot d'étranglement d'interconnexion : nous avons désormais besoin de moins de fils pour entrer dans le réfrigérateur cryogénique, ce qui améliore considérablement l'évolutivité de l'ensemble de l'ordinateur quantique.

Le Dr Shintaro Sato, Fellow, SVP et responsable du laboratoire quantique chez Fujitsu Research, Fujitsu Limited, explique : « Le câblage entre les circuits de contrôle et les qubits est un problème courant dans le processus de mise à l'échelle des ordinateurs quantiques. Les résultats de nos recherches conjointes mettent en évidence le potentiel de la technologie cryo-CMOS pour les qubits de spin de diamant pour surmonter ce goulot d'étranglement. Nous prévoyons que la nouvelle technologie nous permettra d'atteindre la haute évolutivité attendue dans les ordinateurs quantiques utilisant des qubits de spin de diamant.

Plans futurs

En réalisant des circuits électroniques cryogéniques pour contrôler les bits quantiques à base de diamant, la technologie nouvellement développée représente une étape importante vers la réalisation d’ordinateurs quantiques à grande échelle. À l'avenir, Fujitsu et QuTech amélioreront encore la technologie nouvellement développée, notamment en passant d'un fonctionnement à 1 qubit à un fonctionnement à 2 qubits, en mettant en œuvre la fonctionnalité de lecture de qubit et en passant à des processeurs quantiques plus grands.

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Date: 20 février 2024

Ville: Tokyo, Japon

Entreprise: Fujitsu Limitée