Qubits physiquement proteges : reseaux Josephson et codes correcte quantiques – QPPRJCCQ

La recherche proposee dans ce projet porte sur le developpement d'une classe radicalement nouvelle de nano-systemes tolerants au bruit, pouvant etre integres en reseaux et destines au calcul quantique. Le temps de decoherence de ces systemes sera suffisamment long pour permettre la mise en oeuvre pratique de protocoles quantiques de correction d'erreurs specialement adaptes a la nature physique des erreurs susceptibles de se produire dans ces systemes. Ces nano circuits seront les premiers elements qui satisferont a la fois la capacite d'integration et les contraintes de decoherence necessaires au calcul quantique. Le programme de recherche propose est a la frontiere de la physique, des sciences des materiaux et de l'informatique, et est base sur une synergie entre theoriciens et experimentateurs. Actuellement, de tres grands progres experimentaux ont permis la realisation de systemes avec un petit nombre de qubits. Malgres ces progres, le principal obstacle au developpement de l'ordinateur quantique reste le probleme de la decoherence. Il existe en principe des protocoles de correction d'erreurs, mais leur realisation pratique butte sur la formidable complexite de ces procedures. Au cours de travaux precedents, nous avons propose des systemes physiques a base de nano circuits supraconducteurs dans lesquels la correction d'erreurs est assuree par la geometrie du circuit et les interactions entre ses constituants elementaires. Nous proposons de poursuivre cet axe de recherche avec pour objectifs: 1) Optimisation de la structure et des parametres des reseaux Josephson de taille intermediaire proteges physiquement contre la decoherence. Nous visons a definir des reseaux pouvant etre fabriques avec la technologie actuelle et presentant des temps de decoherence macroscopiques. 2) Developpement de procedures pour realiser de facon precise des operations a un qubit qui n'interferent pas avec cette immunite structurelle a la decoherence. Ceci permettra aussi a nos collegues experimentateurs de mesurer le temps de decoherence dans le but de confirmer le scenario de la protection topologique. Ensuite, nous developperons des techniques efficaces pour developper des operations a deux qubits necessaires au calcul quantique. 3) Prenant appui sur les progres recents dans la caracterisation du bruit affectant les qubits, nous etudierons les effets d'un bruit realiste sur ces reseaux afin d'evaluer les sources principales de decoherence et d'identifier le canal principal d'erreurs logiques sur ces qubits. Inversement, les resultats de telles mesures seront une source d'information precieuse pour affiner les modeles phenomenologiques pour le bruit agissant sur les reseaux Josephson. 4) Nous chercherons a developper des protocoles de correction d'erreur efficaces qui prennent en compte la nature particuliere des erreurs attendues dans ces systemes. Nous attendons en effet qu'un canal d'erreur (basculement d'un bit ou saut de phase) soit dominant. Ceci permettra d'appliquer a ces problemes des methodes tres puissantes de codage classique. Nous pensons que ces resultats seront applicables a un contexte beaucoup plus large, a savoir la correction quantique d'erreurs dans des systemes avec un type dominant d'erreurs. La recherche proposee s'appuiera sur nos progres recents dans la conception de circuits Josephson proteges contre le bruit exterieur. Elle prendra en compte tous les modeles phenomenologiques sur le bruit dans de tels circuits qui ont ete developpes tres recemment. Un autre outil important sera les codes classiques de correction d'erreurs qui seront adaptes a notre probleme quantique. Cette recherche combinera des methodes analytiques et numeriques; les aspects conceptuels et la modelisation detaillee de systemes physiques seront abordes en parallele.