Nous pourrions enfin disposer bientôt de la brique de base idéale pour les ordinateurs quantiques
Nous disposons déjà d’ordinateurs quantiques en quelque sorte, mais pour l’instant, ils ne sont pas assez pratiques, fiables ou à grande échelle pour exploiter pleinement l’énorme potentiel de cette technologie.
Un électron unique (onde bleue) au-dessus d’un bloc de néon solide (en rouge). (Dafei Jin/Argonne National Laboratory)
Pour se rapprocher de cet objectif final, les scientifiques travaillent sur ce qui pourrait être, selon eux, l’élément constitutif idéal d’un ordinateur quantique.
Ces éléments de base sont appelés qubits. Contrairement aux bits des ordinateurs classiques, qui stockent soit 1 soit 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 plusieurs 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 elle a encore du chemin à parcourir avant de devenir une réalité.
Il s’agit d’un électron unique piégé au sommet d’un gaz néon gelé. L’électron peut ensuite être manipulé à l’aide d’un circuit quantique supraconducteur.
“Grâce à la simplicité relative de la plateforme électron-sur-néon, elle devrait se prêter à une fabrication facile à faible coût”, explique le physicien quantique Dafei Jin, du laboratoire national d’Argonne, dans l’Illinois.
“Il semblerait qu’un qubit idéal puisse être à l’horizon.”
Le nouveau qubit répond à trois critères principaux établis par les scientifiques. Tout d’abord, il doit rester stable sur une longue période de temps, ce que l’on appelle la cohérence quantique. En informatique quantique, un temps long est de l’ordre de la seconde.
Dans ce cas, la surface solide ultra-pure du néon est très résistante aux interférences. En piégeant l’électron dans le vide, l’électron peut rester stable suffisamment longtemps pour que le qubit puisse être manipulé, quelle que soit la tâche à accomplir.
Les qubits doivent également pouvoir passer d’un état à un autre très rapidement (en un milliardième de seconde environ, soit une nanoseconde). Enfin, ils doivent être capables d’intrication, c’est-à-dire qu’ils doivent pouvoir être facilement reliés à d’autres qubits.
Ce sont ces opérations multiqubits 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 supraconducteurs situé sous le qubit. Il est essentiel pour lire l’état du qubit et mesurer son fonctionnement.
“Avec cette plateforme, nous avons obtenu, pour la première fois, un couplage fort entre un électron unique dans un environnement proche du vide et un photon micro-onde unique dans le résonateur”, explique Xianjing Zhou, de l’Argonne National Laboratory.
“Cela ouvre la possibilité d’utiliser les photons micro-ondes pour contrôler chaque qubit électronique et en relier plusieurs dans un processeur quantique.”
Mais c’est là que le bât blesse – ces exigences extrêmes en matière de température signifient que les tests ont été effectués dans un instrument scientifique appelé réfrigérateur à dilution, capable de réduire les températures à seulement 10 millidégres au-dessus du zéro absolu (soit -273,15 degrés Celsius).
Dans ces conditions, il est clair que nous ne sommes pas encore en mesure d’intégrer des qubits de ce type dans des ordinateurs portables. Mais même à ce stade précoce, en termes de cohérence, le qubit est déjà aussi performant que des solutions alternatives en développement depuis des décennies.
Des sociétés telles que Google, Microsoft et IBM poursuivent la conception de leurs propres qubits, mais les chercheurs à l’origine de cette nouvelle technologie pensent que la solution qu’ils ont trouvée 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 de qubits fondamentalement nouveau qui pourrait déboucher sur une plateforme idéale”, déclare Jin.
Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nature.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
