Nous pourrions enfin bientôt avoir le bloc de construction idéal pour les ordinateurs quantiques

Nous avons déjà une sorte d’ordinateurs quantiques, mais pour le moment, ils ne sont pas suffisamment pratiques, fiables ou à grande échelle pour réaliser pleinement le potentiel énorme de la technologie.

Pour se rapprocher de cet objectif final, les scientifiques travaillent sur ce qu’ils disent être le bloc de construction idéal pour un ordinateur quantique.

Ces blocs de construction sont appelés qubits. Contrairement aux bits informatiques classiques, qui stockent 1 ou 0 à tout moment, ces qubits peuvent exister dans un état 0 et 1 simultané, un peu comme la célèbre expérience de pensée de Schrödinger dans laquelle un chat peut être à la fois vivant et mort.

Cette capacité quantique promet un bond en avant exponentiel de la puissance de calcul.

Il existe différentes façons de construire un qubit, et la vision décrite dans la nouvelle recherche est potentiellement la plus proche d’un qubit idéal à ce jour, mais il reste encore du chemin à parcourir avant de devenir une réalité.

Il comprend un seul électron piégé au-dessus du gaz néon gelé. L’électron peut alors être manipulé à l’aide d’un circuit quantique supraconducteur.

“Grâce à la simplicité relative de la plate-forme électron-sur-néon, elle devrait se prêter à une fabrication facile à faible coût”, déclare le physicien quantique Dafei Jin du Laboratoire national d’Argonne dans l’Illinois.

“Il semblerait qu’un qubit idéal se profile à l’horizon.”

Le nouveau qubit répond à trois critères principaux fixés par les scientifiques. Premièrement, la nécessité pour elle de rester stable sur une longue période de temps, appelée cohérence quantique. En informatique quantique, un temps long équivaut à environ une seconde.

Dans ce cas, la surface du néon solide ultra-pur est très résistante aux interférences. En piégeant l’électron dans le vide, l’électron est capable de rester stable suffisamment longtemps pour que le qubit soit manipulé quelle que soit la tâche à accomplir.

Les qubits doivent également pouvoir passer d’un état à un autre très rapidement (en environ un milliardième de seconde, soit une nanoseconde). Enfin, ils doivent être capables de s’emmêler, ce qui signifie qu’ils doivent pouvoir être facilement liés à d’autres qubits.

Ce sont ces opérations multi-qubit parallèles qui débloqueront la puissance et le potentiel de l’informatique quantique complète.

Un autre élément clé du nouveau qubit est le résonateur micro-ondes à base de supraconducteur sous le qubit – il est crucial pour lire l’état du qubit et mesurer son bon fonctionnement.

“Avec cette plate-forme, nous avons obtenu, pour la toute première fois, un couplage fort entre un seul électron dans un environnement proche du vide et un seul photon micro-onde dans le résonateur”, explique Xianjing Zhou du Laboratoire national d’Argonne.

“Cela ouvre la possibilité d’utiliser des photons micro-ondes pour contrôler chaque qubit d’électrons et en relier plusieurs dans un processeur quantique.”

Mais c’est le hic – ces exigences de température extrêmes signifient que les tests ont été effectués dans un instrument scientifique appelé réfrigérateur à dilution, capable de réduire les températures à seulement 10 millidegrés au-dessus du zéro absolu (soit -273,15 degrés Celsius ou -459,67 degrés Fahrenheit).

Dans cet esprit, nous ne sommes clairement pas encore au stade de pouvoir emballer des qubits comme ceux-ci dans des ordinateurs portables pour le moment. Mais même à ce stade précoce, en termes de cohérence, le qubit fonctionne déjà au même niveau que les alternatives en développement depuis des décennies.

Des entreprises telles que Google, Microsoft et IBM vont de l’avant avec leurs propres conceptions de qubit, mais les chercheurs à l’origine de la nouvelle technologie pensent que la solution qu’ils ont proposée pourrait être la plus prometteuse à ce jour.

“Notre objectif ambitieux n’est pas de rivaliser avec ces entreprises, mais de découvrir et de construire un système qubit fondamentalement nouveau qui pourrait conduire à une plate-forme idéale”, a déclaré Jin.

La recherche a été publiée dans Nature.

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