Un grand pas en avant dans l’informatique quantique vient d’être annoncé : Le tout premier circuit quantique


Des scientifiques australiens ont créé le tout premier circuit d’ordinateur quantique au monde, qui contient tous les composants essentiels d’une puce informatique classique, mais à l’échelle quantique.

Cette découverte historique, publiée aujourd’hui dans Nature, a nécessité neuf ans de travail.

“C’est la découverte la plus passionnante de ma carrière”, a déclaré à ScienceAlert l’auteur principal et physicienne quantique Michelle Simmons, fondatrice de Silicon Quantum Computing et directrice du Centre d’excellence pour l’informatique quantique et les technologies de communication de l’UNSW.

Non seulement Simmons et son équipe ont créé ce qui est essentiellement un processeur quantique fonctionnel, mais ils l’ont également testé avec succès en modélisant une petite molécule dans laquelle chaque atome possède plusieurs états quantiques – ce qu’un ordinateur traditionnel aurait du mal à réaliser.

Cela suggère que nous sommes maintenant un peu plus près d’utiliser enfin la puissance de traitement quantique pour mieux comprendre le monde qui nous entoure, même à l’échelle la plus infime.

“Dans les années 1950, Richard Feynman a déclaré que nous ne comprendrions jamais comment le monde fonctionne – comment la nature fonctionne – si nous ne pouvions pas commencer à le fabriquer à la même échelle”, a déclaré M. Simmons à ScienceAlert.

“Si nous pouvons commencer à comprendre les matériaux à ce niveau, nous pourrons concevoir des objets qui n’ont jamais été fabriqués auparavant.

La question est : comment contrôler la nature à ce niveau ?”

Cette dernière invention fait suite à la création par l’équipe du tout premier transistor quantique en 2012.

(Un transistor est un petit dispositif qui contrôle les signaux électroniques et ne constitue qu’une partie d’un circuit informatique. Un circuit intégré est plus complexe car il réunit de nombreux transistors).

Pour faire ce bond en avant dans l’informatique quantique, les chercheurs ont utilisé un microscope à effet tunnel dans un ultravide pour placer des points quantiques avec une précision inférieure au nanomètre.

Le placement de chaque point quantique devait être parfait pour que le circuit puisse imiter la façon dont les électrons sautent le long d’une chaîne de carbones à liaison simple ou double dans une molécule de polyacétylène.

Les parties les plus délicates ont été de déterminer le nombre exact d’atomes de phosphore dans chaque point quantique, la distance exacte entre chaque point, puis de concevoir une machine capable de placer les minuscules points dans la bonne disposition à l’intérieur de la puce de silicium.

Si les points quantiques sont trop gros, l’interaction entre deux points devient “trop importante pour les contrôler indépendamment”, expliquent les chercheurs.

Si les points sont trop petits, cela introduit du hasard, car chaque atome de phosphore supplémentaire peut modifier considérablement la quantité d’énergie nécessaire pour ajouter un électron au point.

La puce quantique finale contenait 10 points quantiques, chacun composé d’un petit nombre d’atomes de phosphore.

Les doubles liaisons carbone ont été simulées en mettant moins de distance entre les points quantiques que les liaisons carbone simples.

Le polyacétylène a été choisi parce que c’est un modèle bien connu et qu’il pouvait donc être utilisé pour prouver que l’ordinateur simulait correctement le mouvement des électrons dans la molécule.

Les ordinateurs quantiques sont nécessaires car les ordinateurs classiques ne peuvent pas modéliser les grandes molécules ; elles sont tout simplement trop complexes.

Par exemple, pour créer une simulation de la molécule de pénicilline comportant 41 atomes, un ordinateur classique aurait besoin de 1086 transistors, soit “plus de transistors qu’il n’y a d’atomes dans l’univers observable”.

Pour un ordinateur quantique, il suffirait d’un processeur comportant 286 qubits (bits quantiques).

Étant donné que les scientifiques n’ont actuellement qu’une visibilité limitée du fonctionnement des molécules à l’échelle atomique, la création de nouveaux matériaux est soumise à de nombreuses conjectures.

“L’un des Graals a toujours été de fabriquer un supraconducteur à haute température”, explique M. Simmons. “Les gens ne connaissent tout simplement pas le mécanisme de fonctionnement.”

Une autre application potentielle de l’informatique quantique est l’étude de la photosynthèse artificielle, et la façon dont la lumière est convertie en énergie chimique par une chaîne organique de réactions.

Un autre grand problème que les ordinateurs quantiques pourraient aider à résoudre est la création d’engrais. Les liaisons de l’azote triple sont actuellement rompues dans des conditions de température et de pression élevées en présence d’un catalyseur à base de fer afin de créer de l’azote fixe pour les engrais.

La découverte d’un catalyseur différent, capable de produire des engrais de manière plus efficace, permettrait d’économiser beaucoup d’argent et d’énergie.

Selon M. Simmons, le fait de passer du transistor quantique au circuit en seulement neuf ans imite la feuille de route établie par les inventeurs des ordinateurs classiques.

Le premier transistor d’ordinateur classique a été créé en 1947. Le premier circuit intégré a été construit en 1958. Ces deux inventions ont été réalisées à 11 ans d’intervalle ; l’équipe de M. Simmons a fait ce saut deux ans plus tôt que prévu.

Cet article a été publié dans Nature.

Lire aussi : Microsoft revendique une percée dans l’informatique quantique

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche


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