Les ordinateurs quantiques de Google, IBM ou Amazon sont équipés de bits quantiques supraconducteurs utilisant une jonction Josephson (qubits de type « transmon »). Ces qubits transitent entre deux états d'énergie quand ils sont excités à une fréquence microonde, de l'ordre du gigahertz (109 Hz) qui est aussi le domaine de fréquence de la téléphonie mobile. Par ailleurs, les micro-résonateurs mécaniques capables de stocker de l'information quantique pendant de longues durées ont une fréquence d'oscillation dans la gamme du mégahertz (106 Hz) et sont sensibles à la gravitation du fait de leur masse.
Afin de réaliser des expériences mêlant gravitation et mécanique quantiques, des chercheurs ont exploré la possibilité d'abaisser au MHz la fréquence d'excitation d'un qubit supraconducteur à jonction Josephson.
Une sensibilité géante aux signaux électriques
Leur dispositif (« fluxonium lourd »), adapté d'un qubit appelé « fluxonium », est constitué d'un circuit oscillant (LC) et d'une jonction Josephson, dont la « superinductance » (L) est constituée de 360 jonctions Josephson en série. Il compte deux états de courant circulant en sens contraires. La différence d'énergie entre ces deux états est ajustable : elle dépend de la valeur du champ magnétique externe appliqué à la boucle. Cette propriété a été mise à profit pour abaisser la fréquence de transition, proportionnelle à la différence d'énergie entre les états du qubit. À noter que la superinductance joue un rôle clé dans ce dispositif, car elle permet de supprimer les bruits électriques omniprésents dans l'environnement à ces basses fréquences.
Les scientifiques ont ainsi réalisé l'exploit de faire fonctionner leur fluxonium lourd en dessous de 2 MHz. Ils démontrent de plus qu'à une valeur de champ magnétique bien précise, le qubit est dans un état de superposition des deux états de courant et présente une forte sensibilité à un champ électrique externe, et donc à la présence de charges.
Cette caractéristique remarquable pourrait être utilisée pour détecter les vibrations quantiques d'un micro-diapason chargé électriquement et presque résonnant, ou même, pour préparer ce type d'objet massif dans un état de superposition quantique où il occupe simultanément deux positions distinctes.
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