Ordinateurs quantiques : cryostats lents qui secouent les qubits

Les cryoréfrigérateurs se refroidissent lentement et leurs vibrations atteignent l'expérience

Ce qui se passe. Un cryoréfrigérateur à tube pulsé ou similaire, intégré au produit, met longtemps à amener le système de la température ambiante à la température de fonctionnement. Le compresseur et la tête froide tournent avec des réglages fixes pendant tout le refroidissement. Une fois froid, les ondes de pression périodiques du réfrigérateur apparaissent comme des vibrations et une ondulation de température au niveau de l’échantillon, et l’équipe règle l’amortissement et les paramètres par essais.

Ce que cela coûte. De longues attentes après chaque réchauffement pour une réparation ou une modification du matériel, moins de cycles d’essai par semaine et un produit dont le bruit et la stabilité dépendent de la qualité du réglage d’une installation.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Davantage d’isolation mécanique ajoute de la masse et du temps de refroidissement. Faire tourner le réfrigérateur plus doucement réduit les vibrations, mais aussi la puissance frigorifique. Les réglages trouvés sur une unité valent rarement pour la suivante, car chaque montage a ses propres charges thermiques et résonances.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos enregistrements de refroidissement (températures à chaque étage, pressions, réglages du compresseur et des vannes) et de mesures de vibration ou de bruit de température, je construis un modèle simple de la façon dont la chaleur et la vibration se propagent dans le système. Le diagnostic à distance à prix fixe vous indique si la régulation du réfrigérateur fondée sur un modèle peut raccourcir le refroidissement et réduire l’ondulation à la température de fonctionnement, et ce que cela demanderait.

Les points de fonctionnement et les impulsions des qubits sont recalibrés à la main

Ce qui se passe. Chaque qubit a besoin de son propre point de fonctionnement, de ses formes d’impulsion et de ses réglages de lecture. Ils dérivent avec la température, avec les qubits voisins et au fil des jours. Les physiciens lancent des routines d’étalonnage, regardent les résultats et ajustent les paramètres, souvent qubit par qubit, avant que des mesures utiles puissent commencer.

Ce que cela coûte. Du temps machine consacré à l’étalonnage plutôt qu’au calcul, des erreurs de porte qui augmentent à mesure que les réglages dérivent et des personnes très qualifiées mobilisées par des réglages de routine. Chaque qubit supplémentaire alourdit le travail.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Les séquences d’étalonnage scriptées aident, mais elles répètent les mêmes balayages que quelque chose ait changé ou non, et traitent chaque paramètre isolément. Les équipes qui cherchent quelqu’un maîtrisant à la fois la théorie de la régulation et le matériel quantique trouvent peu de candidats.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos journaux d’étalonnage, de vos relevés de dérive et des paramètres que vos séquences ajustent, je vérifie quelles grandeurs dérivent ensemble et à quel point la dérive est prévisible. Le diagnostic à distance à prix fixe répond à la question de savoir si la régulation optimale et le suivi des points de fonctionnement fondé sur un modèle peuvent réduire le temps d’étalonnage, et ce que cela demanderait dans votre pile de régulation.

Pour aller plus loin : Optimisation de trajectoires et génération de consignes

Les machines plus grandes atteignent la limite d'évacuation de la chaleur aux plus basses températures

Ce qui se passe. À mesure que les processeurs grandissent, la limite passe de la puce au cryostat : le câblage, les amplificateurs et l’électronique de commande apportent de la chaleur à l’étage le plus froid, et la puissance frigorifique disponible aux températures du millikelvin est faible. Les fabricants prévoient de plus grandes plateformes cryogéniques avec beaucoup plus de puissance frigorifique, alors que l’isotope léger rare de l’hélium dont les réfrigérateurs à dilution ont besoin est rare.

Ce que cela coûte. Une puissance frigorifique qui plafonne le nombre de qubits, des refroidissements longs et fragiles pour les grandes plateformes, une instabilité de température qui dégrade les qubits et un risque d’approvisionnement pour cet isotope rare de l’hélium.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Agrandir simplement les réfrigérateurs d’aujourd’hui multiplie la consommation de l’isotope rare et ne résout pas l’interaction de plusieurs étages de refroidissement et charges thermiques. Des réglages de fonctionnement fixes laissent de la marge inutilisée à chaque étage.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos données de conception thermique, des températures d’étage, des débits et des mesures de charges thermiques, je vérifie où la marge de refroidissement se perd et comment les étages interagissent dynamiquement. J’ai travaillé sur la commande prédictive et l’estimation d’état pour le refroidissement à l’hélium superfluide du Grand collisionneur de hadrons du CERN, le laboratoire européen de physique des particules. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si la modélisation et la commande prédictive de la plateforme peuvent augmenter la puissance frigorifique utilisable et la stabilité, et ce que cela demanderait.

Pour aller plus loin : Commande prédictive des installations de procédé