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Les connecteurs à fréquence radio (RF) sont au coeur du fonctionnement des ordinateurs quantiques. Ces composants jouent un rôle essentiel pour assurer la transmission précise de signaux pour les opérations quantiques. Dans cet article, Alex Raymond, responsable produit Europe chez PEI-Genesis, une société spécialisée dans les connecteurs, revient sur le rôle important des connecteurs RF en informatique quantique.

Les ordinateurs quantiques appliquent les principes de physique quantique pour traiter les informations de façon radicalement différente par rapport aux ordinateurs classiques. Ainsi, ils utilisent des bits quantiques, ou qubits qui, contrairement aux bits informatiques standard ayant une valeur de soit 0 soit 1, peuvent être à la fois 0 et 1. Cette propriété, ainsi que les concepts d’intrication et d’interférence, permet aux ordinateurs quantiques d’exécuter des calculs complexes à une vitesse jusqu’à présent inimaginable.

Cependant, la maîtrise de la puissance des qubits implique un contrôle extrêmement précis et la mesure des états quantiques, et c’est ici qu’intervient la technologie RF. Les ordinateurs quantiques fonctionnent à des températures très basses et utilisent des signaux RF pour manipuler les qubits. Cela rend le rôle des connecteurs RF cruciaux pour maintenir l’intégrité des signaux et assurer le fonctionnement précis du système quantique.

Rôle des connecteurs RF

Les états quantiques sont fragiles et doivent être activement préservés pour conserver la cohérence des qubits. Par conséquent, le maintien de la corrélation et du contrôle des qubits est un défi fondamental de développement de la technologie quantique. Ce bruit est exacerbé par le « bruit » des fréquences radio qui peut avoir une origine thermique, magnétique ou mécanique.

Les assemblages de câbles coaxiaux hautes performances, comprenant à la fois le câble et le connecteur, sont essentiels pour fournir des signaux micro-ondes précis et haute fréquence aux qubits, afin d’effectuer des changements d’état et des opérations. Ces assemblages contribuent à atténuer les effets du bruit environnant et des autres sources de dégradation du signal, afin d’obtenir des opérations quantiques plus fiables et précises.

Les connecteurs RF doivent réunir plusieurs critères pour contrôler les qubits de façon précise et stable, à savoir faible perte, faible bruit, stabilité dans les environnements extrêmes, plage haute fréquence et immunité aux interférences magnétiques.

Faible perte et faible bruit

Pour les connecteurs RF, une faible perte désigne l’atténuation minimale des signaux qui transitent sur le connecteur. Les opérations quantiques exigent une précision maximale et toute dégradation du signal peut provoquer des erreurs de manipulation et de mesure des qubits. Les connecteurs à faible perte préservent la puissance et l’intégrité des signaux, de la source à la destination.

La réduction de la perte des signaux réduit également la chaleur générée par le système, ce qui est particulièrement important dans les environnements cryogéniques. L’excès de chaleur peut perturber l’équilibre thermique délicat qui est indispensable pour les états quantiques.

Afin d’éviter les pertes, les connecteurs RF sont conçus avec une ingénierie de précision et des matériaux haute qualité. Des contacts plaqués or, des tolérances de fabrication précises et des matériaux à faible perte diélectrique sont monnaie courante. De plus, leur conception inclut souvent des fonctionnalités garantissant des connexions fortes et stables, ce qui minimise les réflexions du signal et les pertes résistives.

Un faible bruit au niveau des connecteurs RF est tout aussi important, car les systèmes quantiques sont très sensibles aux perturbations externes et internes. Plus le bruit est faible, plus le signal reste propre et à l’abri des interférences, ce qui est essentiel pour des opérations quantiques précises.

Les vibrations et les perturbations mécaniques risquent d’introduire du bruit dans les signaux RF, ce qui signifie que les connecteurs utilisés pour les calculs quantiques doivent être aussi robustes que stables, afin que les connexions restent sûres et sans microphonie. L’utilisation de matériaux à faible résistance électrique et haute conductivité thermique contribue à réduire le bruit. Les superconducteurs sont parfois présents dans les connecteurs avancés pour obtenir une résistance quasiment nulle et réduire ainsi le bruit thermique.

Températures extrêmes

L’autre propriété très recherchée pour les connecteurs RF destinés au calcul quantique est la capacité à résister à des températures ultra-basses. Les ordinateurs quantiques doivent être incroyablement froids pour rester stables et sont le plus souvent proches de 0 Kelvin (-273 °C).

Pour résister à des températures aussi extrêmes, les connecteurs RF doivent être conçus avec des matériaux tels que le niobium et le niobium-titane, ou utiliser des métaux et des alliages qui ne se fragilisent pas lorsque cryogénisés, tels que certains alliages d’acier et de cuivre.

Réduction des interférences magnétiques

Les ordinateurs quantiques transfèrent des signaux RF dans un champ magnétique, ce qui nécessite des connecteurs qui ne soient pas magnétiques dans le trajet du signal, afin de ne pas créer une source d’interférence.

Les connecteurs doivent être blindés contre l’influence magnétique pour rester neutres et ne pas créer de distorsion du champ. Les fabricants appliquent souvent des revêtements et des traitements de surface aux connecteurs pour améliorer leurs propriétés non magnétiques. Par exemple, l’utilisation de placages non magnétiques, tels que l’or ou le palladium permet de compenser les effets du champ magnétique.

PEI-Genesis a une offre très étendue de connecteurs RF, ce qui inclut la gamme Cinch novatrice de connecteurs RF non magnétiques de Johnson. Ces connecteurs utilisent un alliage de cuivre ultra-pur pour des performances maximales et offrent une impédance de 50 Ω, ainsi qu’une plage de fréquences de 4 à 18 GHz, ce est idéal pour les applications quantiques. PEI-Genesis stocke les composants Cinch de Johnson en Europe et peut les livrer sous 48 heures.

La technologie quantique promet des avancées spectaculaires en performances de calcul mais reste pour l’instant extraordinairement complexe. La réalisation du potentiel des calculateurs quantiques passe par des solutions d’interconnexion RF spécialisées avec des propriétés non magnétiques. Tout au long de l’évolution de la technologie quantique, le développement de connecteurs RF haute performance restera un domaine essentiel, afin de matérialiser les promesses de cette nouvelle forme d’informatique.

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