Contrôle des états quantiques avec des signaux micro-ondes
L'état d'énergie d'un qubit peut être contrôlé avec des signaux micro-ondes externes. Une sphère de Bloch illustre ce processus (Figure de droite). Les états logiques un et zéro sont situés aux pôles Nord et Sud de la sphère de Bloch. Chaque autre point sur la surface de la sphère correspond à un état de superposition. L'état actuel est indiqué par ce que l'on appelle le vecteur d'état. L'interaction avec un signal micro-onde résonnant engendre une rotation du vecteur d'état dans la sphère de Bloch.
Pour effectuer des opérations de calculs fiables avec des qubits, cette rotation doit être contrôlée avec une précision élevée en se basant sur la longueur d'impulsion, l'amplitude du signal micro-onde et l'enveloppe d'impulsion de contrôle. Ce que l'on appelle la phase relative de l'impulsion de contrôle influence l'axe de rotation de l'état qubit dans la sphère de Bloch. Lorsque des impulsions avec la même phase sont appliquées au qubit, l'état tourne toujours sur l'axe x par exemple. Si une impulsion est décalée en phase de 90°, le vecteur d'état tournera sur l'axe y.
Exigences de la source de signaux
Les générateurs de formes d'ondes arbitraires sont des sources de signaux de contrôle fiables et flexibles. Avec des sources micro-ondes et des mélangeurs, les bonnes impulsions peuvent être générées à la bonne fréquence du qubit. En régulant précisément la phase de l'impulsion de contrôle en temps réel et le contrôle exact des enveloppes, tout point cible désiré sur une sphère de Bloch peut être atteint à tout instant à partir de n'importe quel point de départ.
Contrairement aux opérations informatiques classiques avec une tolérance d'erreur élevée, les ordinateurs quantiques reposent sur une calibration précise des impulsions de contrôle. Même de minuscules déviations dans la rotation (rotation de l'état quantique de 1 %) peuvent altérer le résultat de l'opération quantique. Les mêmes erreurs se produisent avec un contrôle imprécis de la phase. Les instruments de contrôle pour les ordinateurs quantiques doivent par conséquent avoir des stabilités d'amplitude et de phase élevées. Les phases de l'impulsion de contrôle sont régulées par les composant en phase et en quadrature de l'impulsion stockées sur le générateur de formes d'ondes arbitraires.