Une nouvelle étude menée par l’EPFL a mis au point une méthode pour mesurer les bits quantiques supraconducteurs plus rapidement et avec plus de précision, tout en réduisant les composants nnécessaire . Cette approche répond à l’un des principaux défis du passage à l’échelle des ordinateurs quantiques.Les ordinateurs quantiques traitent l’information d’une manière fondamentalement différente des ordinateurs classiques, en utilisant des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent exister dans plusieurs états à la fois. Cela pourrait leur permettre de résoudre des problèmes hors de portée des machines actuelles, de la simulation de nouveaux matériaux à l’optimisation de systèmes complexes.Mais pour extraire des résultats utiles d’un processeur quantique, il faut pouvoir mesurer de manière fiable l’état de chaque qubit, une tâche qui reste l’un des principaux goulots d’étranglement du domaine.L’une des approches les plus prometteuses pour construire des ordinateurs quantiques repose sur des circuits supraconducteurs qui conduisent le courant sans résistance à des températures extrêmement basses.Dans les ordinateurs quantiques supraconducteurs, les qubits sont mesurés en les couplant à des résonateurs micro-ondes. Le problème est que le condensateur reliant le qubit à son résonateur micro-ondes crée également un couplage entre les deux systèmes. Cela permet de mesurer le qubit, mais augmente également le risque que celui-ci perde de l’information ou change d’état pendant la mesure elle-même.Des chercheurs dirigés par Pasquale Scarlino à l’EPFL ont désormais démontré une architecture de lecture alternative permettant des mesures de qubits rapides et précises, avec moins de composants supplémentaires. Ces travaux, publiés dans PRX Quantum, ont été menés en collaboration avec le groupe du professeur Alexandre Blais de l’Université de Sherbrooke, l’un des pionniers de l’informatique quantique supraconductrice.« Il s’agit d’une avancée importante qui démontre une méthode nouvelle, plus efficace et plus rapide pour mesurer les qubits supraconducteurs de type transmon », déclare Scarlino, en référence aux transmons, des qubits supraconducteurs conçus pour être moins sensibles au bruit de charge.La nouvelle architectureAu lieu de l’approche standard consistant à relier le qubit à son résonateur de lecture uniquement par un condensateur, l’équipe a ajouté une « jonction Josephson » à côté du condensateur.Une jonction Josephson, nommée d’après le physicien Brian Josephson, lauréat du prix Nobel de physique 1973, est réalisée en intercalant une fine couche de matériau non supraconducteur entre deux couches de matériau supraconducteur. La mécanique quantique permet au courant électrique de traverser cette barrière par effet tunnel, créant un élément électrique non linéaire au cœur de nombreuses technologies quantiques.Dans la nouvelle conception de l’ordinateur quantique, la jonction Josephson crée un type d’interaction différent entre le qubit et le résonateur, offrant une protection intrinsèque contre l’un des principaux mécanismes responsables de la perte d’information des qubits pendant la mesure. Cette protection supplémentaire permet d’effectuer la mesure avec un signal plus fort, ce qui produit une distinction plus nette entre un zéro et un un logiques et facilite l’identification de la mesure.Grâce à cette approche, les chercheurs ont correctement identifié l’état du qubit dans 99,4 % des cas, avec un temps d’intégration de seulement 68 nanosecondes. Ils ont également obtenu une fidélité de non-démolition quantique de 98,4 %, ce qui signifie que la mesure elle-même a presque toujours laissé l’état du qubit inchangé.Les expériences correspondent étroitement aux prédictions théoriques élaborées en collaboration avec les chercheurs de l’Université de Sherbrooke, offrant une compréhension détaillée du fonctionnement de la nouvelle architecture.SimplicitéAu-delà des performances, l’un des principaux atouts de cette conception est sa simplicité. Les scientifiques ont réussi à réaliser des mesures de qubits rapides et précises sans avoir besoin de deux composants couramment utilisés dans les systèmes de lecture de qubits supraconducteurs de pointe : les filtres de Purcell et les amplificateurs proches de la limite quantique.L’élimination de ces composants réduit l’encombrement du système ainsi que le nombre d’éléments à fabriquer et à calibrer, tout en restant compatible avec la lecture multiplexée, où plusieurs qubits sont mesurés à l’aide d’une même chaîne de lecture.Les chercheurs notent également que la même architecture est compatible avec des schémas de lecture linéaires plus classiques, moyennant un ajustement des propriétés du résonateur, une piste qu’ils laissent pour les futures générations de dispositifs.La nouvelle architecture de lecture allie une mesure de qubit rapide et de haute fidélité à un encombrement matériel réduit. Les auteurs estiment que ces caractéristiques en font une alternative prometteuse pour la lecture des qubits supraconducteurs, compatible avec les architectures multiplexées et les futures implémentations.Autres contributeursCentre EPFL de science et d’ingénierie quantiques,Laboratoire de photonique et de mesures quantiques de l’EPFLRIKEN Center for Quantum Computing (RQC)Institut canadien de recherches avancées (CIFAR)FinancementFonds national suisse de la recherche scientifique (FNS)Secrétariat d’État suisse à la formation, à la recherche et à l’innovation (SEFRI)Centre EPFL de science et d’ingénierie quantiquesCRSNG,Ministère de l’Économie et de l’Innovation du QuébecFonds d’excellence en recherche Apogée CanadaDépartement de l’Énergie des États-UnisRéférencesGuillaume Beaulieu, Jun-Zhe Chen, Marco Scigliuzzo, Othmane Benhayoune-Khadraoui, Alex A. Chapple, Peter A. Spring, Alexandre Blais, Pasquale Scarlino. Fast, high-fidelity Transmon readout with intrinsic Purcell protection via nonperturbative cross-Kerr coupling. PRX Quantum 27 julliete 2026. DOI: 10.1103/m348-gy75