Les qubits supraconducteurs

La troisième leçon a décrit de façon plus précise les qubits supraconducteurs basés sur l’effet Josephson. Pour manipuler l’état du qubit et le détecter, il faut insérer la jonction dans des circuits extérieurs. Le contrôle de la fréquence du qubit et sa détection peuvent se faire en envoyant un courant continu dans la jonction ou de façon inductive, en créant un flux magnétique à travers le circuit incluant la jonction. Il en résulte une modification du hamiltonien du système qui présente un minimum local autour duquel la particule effective représentant le qubit est piégée. On réalise ainsi un « qubit de phase » (phase qubit) dont la fréquence est ajustée finement en jouant sur l’intensité du courant continu ou du flux de contrôle. La détection de l’état du qubit se fait en amenant son état excité au voisinage du sommet d’une barrière de potentiel associée au hamiltonien effectif, ce qui permet à la particule fictive représentant le qubit d’échapper au puits dans lequel elle est confinée. La variation brusque de la phase quantique (ou du flux magnétique) qui en résulte est détectée par un SQUID couplé au circuit du qubit. Nous avons également décrit comment réaliser des transformations unitaires de l’état du qubit en le couplant à travers une capacité à des impulsions radiofréquences. Le couplage capacitif de deux jonctions pour réaliser des portes logiques a été aussi analysé, ainsi que le couplage d’un qubit à un circuit de type LC constituant un résonateur radiofréquence. On obtient ainsi un système analogue à celui de l’électrodynamique quantique en cavité des expériences de l’ENS, le qubit supraconducteur remplaçant l’atome de Rydberg et le circuit LC la cavité supraconductrice. Dans les qubits de phase, la phase (ou le flux) sont relativement bien définis et la charge est la variable « floue » présentant de grandes fluctuations. Nous avons conclu la leçon en décrivant brièvement le principe des qubits de charge, dans lesquels c’est au contraire la charge qui est la variable précise et la phase la variable floue. Nous avons également décrit le principe du qubit de flux (flux qubit) dans lequel la particule effective oscille par effet tunnel entre deux puits symétriques.