Microsoft revendique une percée dans le système informatique quantique
Microsoft revendique une percée dans l'informatique quantique,
l'entreprise estime que sa percée topologique qubit est la prochaine étape vers la création d'un ordinateur quantique d'un million de qubits
Cette semaine, Microsoft a revendiqué une percée importante dans son parcours pour construire et exploiter un ordinateur quantique viable. La grande enseigne technologique a déclaré qu'elle était en mesure de créer les bonnes circonstances dans lesquelles elle pourrait maintenir sa version d'un bit quantique, qu'elle appelle un « qubit topologique ».
Comme toutes les organisations revendiquant la supériorité de l'informatique quantique, Microsoft a fait valoir que son qubit est un tremplin vers un « ordinateur quantique qui devrait être plus stable que les machines construites avec d'autres types de qubits connus, et donc évoluer comme aucun autre ». Microsoft a également déclaré que sa percée topologique qubit est la prochaine étape vers la création d'un ordinateur quantique d'un million de qubits, une étape que beaucoup conviennent être une spécification minimale nécessaire pour résoudre des problèmes à grande échelle impossibles sur les ordinateurs classiques aujourd'hui.
Microsoft a affirmé que ses chercheurs ont trouvé des preuves d'un phénomène exotique qui est la clef de ses projets de construction d'ordinateurs quantiques à usage général.
Le phénomène, connu sous le nom de "mode zéro de Majorana", devrait ouvrir la voie à l'informatique quantique topologique, l'approche technologique privilégiée par le programme Azure Quantum de Microsoft.
C'est Jennifer Langston de Microsoft qui l'a annoncé dans un billet de blog :
« Le programme Azure Quantum de Microsoft a développé des dispositifs capables de créer des propriétés quantiques que les scientifiques ont imaginées pendant près d'un siècle, mais n'ont pas été en mesure de produire sans ambiguïté dans le monde réel - jusqu'à présent. Il s'agit d'une percée scientifique clé qui démontre les éléments de base insaisissables d'un bit quantique topologique, ou qubit, que Microsoft a longtemps poursuivi comme la voie la plus prometteuse pour développer un ordinateur quantique évolutif qui lancera une nouvelle génération de capacités informatiques encore inimaginables pour les clients Azure ».
L'informatique quantique est un concept assez étrange en soi : contrairement au monde rigide du « un ou zéro » de l'informatique classique, l'informatique quantique jongle avec des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent représenter des uns et des zéros simultanément jusqu'à ce que les résultats soient lus.
Les scientifiques affirment que l'approche quantique peut résoudre certains types de problèmes - par exemple, l'optimisation du réseau ou les simulations d'interactions moléculaires - beaucoup plus rapidement que l'approche classique. Microsoft Azure, Amazon Web Services et d'autres services basés sur le cloud utilisent déjà des systèmes hybrides pour apporter certains des avantages de l'approche quantique à des applications allant du développement de médicaments à la gestion du trafic.
Dans le même temps, Microsoft et d'autres sociétés tentent de créer du matériel et des logiciels pour des systèmes informatiques quantiques « à pile complète » qui peuvent prendre en charge une gamme d'applications beaucoup plus large. Microsoft a choisi une stratégie technologique particulièrement exotique, qui consiste à induire des états quantiques sur des fils supraconducteurs topologiques. Pour maintenir ces états quantiques stables, les fils hébergeraient des modes zéro de Majorana localisés à chaque extrémité.
Et Jennifer Langston d'indiquer que :
« S'appuyant sur deux décennies de recherche scientifique et d'investissements récents dans la simulation et la fabrication, l'équipe d'Azure Quantum a conçu des dispositifs qui leur permettent d'induire une phase topologique de la matière limitée par une paire de modes zéro de Majorana. Ces excitations quantiques n'existent normalement pas dans la nature et doivent être amenées à apparaître dans des conditions incroyablement précises.
« Les scientifiques ont cherché à créer et à observer ces excitations depuis qu'elles ont été théorisées pour la première fois en 1937. Plus récemment, ils ont réalisé que les modes zéro de Majorana peuvent jouer un rôle important dans la protection des informations quantiques et permettre un calcul fiable.
« L'équipe d'Azure Quantum a également pu produire ce qu'on appelle une phase topologique et mesurer l'écart topologique, qui quantifie la stabilité de la phase ».
Mode zéro de Majorana
Les modes zéro de Majorana sont un sujet d'intérêt théorique depuis 1937, mais pendant des décennies, ils sont restés exclusivement dans le domaine de la théorie. En 2018, une équipe de chercheurs a rapporté avoir créé le phénomène, pour se rétracter trois ans plus tard. D'autres affirmations ont également suscité la controverse, jetant le doute sur les perspectives de l'informatique quantique topologique.
L'année dernière, une analyse des données des dispositifs quantiques expérimentaux d'Azure Quantum a trouvé des signatures suggérant que les modes zéro de Majorana étaient présents aux deux extrémités d'un nanofil réglé avec précision. D'autres signatures dans les données de conductance électrique indiquaient l'ouverture et la fermeture de ce que l'on appelle un écart topologique - un autre signe révélateur indiquant une détection réussie.
« C'était soudain époustouflant », a déclaré Roman Lutchyn, un responsable de recherche partenaire de Microsoft spécialisé dans la simulation quantique, dans un rapport de Microsoft sur la recherche de Majorana.
Zulfi Alam, vice-président d'entreprise qui dirige l'effort d'informatique quantique de Microsoft, a déclaré que l'équipe matérielle avait invité un conseil externe d'experts pour examiner et valider les résultats.
Même si les résultats sont validés, il faudra encore beaucoup de recherches pour créer des qubits topologiques et assembler un ordinateur quantique prêt pour les heures de grande écoute. Mais au moins, les chercheurs de Microsoft auront plus confiance qu'ils sont sur la bonne voie.
« Ce qui est incroyable, c'est que les humains ont pu concevoir un système pour démontrer l'un des éléments de physique les plus exotiques de l'univers », a déclaré l'ingénieur Microsoft Krysta Svore, qui dirige le programme de développement de logiciels quantiques de l'entreprise. « Et nous prévoyons de capitaliser sur cela pour faire le presque impensable - pousser vers une machine quantique tolérante aux pannes qui permettra le calcul à un niveau entièrement nouveau qui est plus proche de la façon dont la nature fonctionne ».
Comment Microsoft s'y est pris ?
Dans un billet et une vidéo, le Dr Chetan Nayak, éminent ingénieur de Microsoft Quantum, relate comment son équipe a démontré la physique sous-jacente nécessaire à la création d’un nouveau type de qubit. Le calcul quantique topologique ouvre une voie vers la tolérance aux pannes au niveau du matériel. « La fidélité, la vitesse et la taille d’un qubit topologique sont contrôlées par une énergie caractéristique, le gap topologique », indique le chercheur. « Cette voie n'est ouverte que si l'on peut produire de manière fiable une phase topologique de la matière et vérifier expérimentalement que les sous-composants d'un qubit sont dans une phase topologique et prêts pour le traitement de l'information quantique ». Cela n'est pas trivial, souligne-t-il.
Jennifer Langston prévient que :
« La capacité de créer et de maintenir une phase quantique avec les modes zéro de Majorana et un écart topologique mesurable supprime le plus grand obstacle à la production d'un type unique de qubit, que la machine quantique de Microsoft utilisera pour stocker et calculer des informations, appelée qubit topologique. C'est la base de l'approche de Microsoft pour construire un ordinateur quantique qui devrait être plus stable que les machines construites avec d'autres types de qubits connus, et donc évoluer comme aucun autre ».
« Partout dans le monde, les scientifiques se précipitent pour mieux comprendre les processus chimiques ou moléculaires complexes qui pourraient aider à éliminer les gaz de réchauffement climatique de l'atmosphère, créer de meilleures batteries ou des sources d'énergie durables, produire plus de nourriture sur un seul acre de terre ou aider à éliminer les polluants pour créer de l'eau propre ».
« Mais même avec les capacités informatiques massives d'aujourd'hui, certains de ces problèmes dépassent les limites des ordinateurs classiques, ce qui nécessiterait des années ou des décennies ou la durée de vie de l'univers pour être résolus. En revanche, les ordinateurs quantiques cherchent à utiliser la mécanique quantique - les mêmes lois et équations mathématiques qui décrivent le comportement des particules subatomiques - pour traiter l'information de manière entièrement nouvelle et à une échelle qui était auparavant inaccessible ».
« Comprendre comment nourrir le monde ou le guérir du changement climatique nécessitera des découvertes ou une optimisation de molécules qui ne peuvent tout simplement pas être faites par les ordinateurs classiques d'aujourd'hui, et c'est là que la machine quantique entre en jeu », a déclaré Zulfi Alam, qui a précisé qu'il réfléchissait beaucoup dans son travail à la façon de laisser le monde meilleur pour son enfant de quatre ans.
« Je ne sais pas si nous avons fait cela au cours des deux ou trois dernières générations », a-t-il déclaré. « J'espère donc que nous pourrons redonner maintenant et faire quelque chose pour aider à guérir la planète, et je pense que nous avons besoin de la puissance de calcul de l'informatique quantique pour y parvenir ».
Selon Microsoft, l'équipe Azure Quantum a déterminé très tôt que la résolution de ces problèmes urgents et réels nécessiterait des ordinateurs quantiques qui emploient un million de qubits ou plus : « À ce jour, les démonstrations publiques de l'informatique quantique basée sur les portes en ont utilisé moins de 130. Et les experts de Microsoft s'attendent à ce que de nombreux qubits actuels aient des limites qui rendront difficile l'atteinte de l'échelle nécessaire pour prendre en charge les applications quantiques commerciales ».
C'est pourquoi Azure Quantum s'est concentré sur le développement de qubits topologiques, qui devraient être plus rapides, plus petits et moins susceptibles de perdre des informations que les autres types de qubits en cours de développement. Microsoft pense que la création d'un qubit topologique plus stable est la voie la plus claire et la plus rapide pour construire une machine quantique à l'échelle industrielle.
Mais, jusqu'à présent, l'inconvénient de poursuivre un qubit topologique était que personne n'était sûr qu'il était possible d'exploiter la physique quantique sous-jacente pour les produire.
L'espoir de résoudre certains des plus grands défis de l'humanité, selon le Directeur technique de Microsoft France
Bernard Ourghanlian, directeur technique et sécurité de Microsoft France, a publié cette déclaration sur Linkedin :
« L'informatique quantique promet de nous aider à résoudre certains des plus grands défis de l'humanité. Pourtant, nous n'en sommes encore qu'aux balbutiements de la réalisation de son plein potentiel. Les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui permettent aux chercheurs de réaliser des travaux de recherche intéressants. Cependant, ces chercheurs se trouvent souvent limités par l'échelle inadéquate de ces systèmes et sont impatients de pouvoir en faire davantage. Les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui mettent en œuvre aujourd'hui une très large variété de types de qubits, mais aucun jusqu'à présent n'a permis de mettre ensemble suffisamment de qubits pour réaliser pleinement la promesse de l'informatique quantique.
« Microsoft a adopté depuis bientôt 25 ans une approche plus difficile, mais finalement plus prometteuse, d'une informatique quantique capable de passer à l'échelle avec des qubits topologiques qui sont théorisés pour être intrinsèquement plus stables que les qubits produits avec les méthodes existantes sans pour autant sacrifier la taille ou la vitesse. Nous avons découvert que nous pouvions produire la phase supraconductrice topologique avec ses modes zéro de Majorana concomitants, éliminant ainsi un obstacle important à la construction d'une machine quantique à l'échelle.
« Les qubits topologiques sont contrôlés par une propriété fondamentale appelée "gap topologique". Découvrez comment les chercheurs de Microsoft Quantum ont observé un écart topologique de 30 μeV, montrant que la physique sous-jacente à leur approche de l'informatique quantique est solide ».
Sources : annonce Microsoft, Dr. Chetan Nayak, Bernard Ourghanlian
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