L'informatique quantique s'emballe : les scientifiques parviennent à une fonction qubit au-dessus de 1K, surmontant un obstacle majeur vers l'informatique quantique évolutive et tolérante aux pannes.

Une équipe de chercheurs a montré qu'un certain type de qubit (les spins d'électrons individuels) peut fonctionner à des températures d'environ 1K. Les scientifiques sont parvenus à une fonction Qubit supérieure à 1K, surmontant ainsi un obstacle majeur sur la voie de l'informatique quantique évolutive et tolérante aux pannes.

Un ordinateur quantique est un ordinateur qui tire parti des phénomènes de la mécanique quantique. À petite échelle, la matière physique présente des propriétés à la fois de particules et d'ondes, et l'informatique quantique exploite ce comportement, en particulier la superposition et l'intrication quantiques, à l'aide d'un matériel spécialisé qui prend en charge la préparation et la manipulation des états quantiques.

La physique classique ne peut pas expliquer le fonctionnement de ces dispositifs quantiques, et un ordinateur quantique évolutif pourrait effectuer certains calculs exponentiellement plus rapidement que n'importe quel ordinateur "classique" moderne. En particulier, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait casser des systèmes de chiffrement largement utilisés et aider les physiciens à effectuer des simulations physiques ; cependant, l'état actuel de la technologie est largement expérimental et peu pratique, avec plusieurs obstacles à des applications utiles. En outre, les ordinateurs quantiques évolutifs ne sont pas prometteurs pour de nombreuses tâches pratiques, et pour de nombreuses tâches importantes, les accélérations quantiques s'avèrent impossibles.


Pendant des décennies, l'informatique quantique s'est heurtée à la nécessité de températures extrêmement basses, à peine quelques fractions de degré au-dessus du zéro absolu (0 kelvin ou -273,15 °C). En effet, les phénomènes quantiques qui confèrent aux ordinateurs quantiques leurs capacités de calcul uniques ne peuvent être exploités qu'en les isolant de la chaleur du monde classique qui nous est familier.

Un seul bit quantique ou "qubit", l'équivalent du bit binaire "zéro ou un" au cœur de l'informatique classique, nécessite un grand appareil de réfrigération pour fonctionner. Cependant, dans de nombreux domaines où on attend des ordinateurs quantiques qu'ils réalisent des percées, comme la conception de nouveaux matériaux ou médicaments, on aura besoin d'un grand nombre de qubits, voire d'ordinateurs quantiques entiers fonctionnant en parallèle.

Les ordinateurs quantiques capables de gérer les erreurs et de s'autocorriger, ce qui est essentiel pour la fiabilité des calculs, devraient être d'une taille gargantuesque. Des entreprises comme Google, IBM et PsiQuantum se préparent à un avenir où des entrepôts entiers seront remplis de systèmes de refroidissement et consommeront d'énormes quantités d'énergie pour faire fonctionner un seul ordinateur quantique.

Mais si les ordinateurs quantiques pouvaient fonctionner à des températures même légèrement plus élevées, ils pourraient être beaucoup plus faciles à utiliser - et beaucoup plus largement disponibles. Dans une nouvelle recherche publiée dans Nature, une équipe de chercheurs a montré qu'un certain type de qubit - les spins d'électrons individuels - peut fonctionner à des températures d'environ 1K, bien plus chaudes que les exemples précédents.

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Fonctionnement des qubits de spin à haute fidélité et initialisation algorithmique au-dessus de 1K

Le codage de qubits dans des porteurs de spin semi-conducteurs a été reconnu comme une approche prometteuse pour un ordinateur quantique commercial qui peut être produit lithographiquement et intégré à l'échelle. Cependant, le fonctionnement du grand nombre de qubits requis pour des applications quantiques avantageuses produira une charge thermique dépassant la puissance de refroidissement disponible des cryostats à des températures de l'ordre du millikelvin.

À mesure que l'augmentation d'échelle s'accélère, il devient impératif d'établir un fonctionnement tolérant aux pannes au-dessus de 1K, auquel la puissance de refroidissement est supérieure de plusieurs ordres de grandeur. Les chercheurs ont mis au point et exploité des qubits de spin en silicium au-dessus de 1K, avec des fidélités dans la gamme requise pour des opérations tolérantes aux pannes à ces températures. Ils ont conçu un protocole d'initialisation algorithmique pour préparer un état pur à deux qubits même lorsque l'énergie thermique est nettement supérieure aux énergies des qubits et ils ont incorporé une lecture par radiofréquence pour atteindre des fidélités de 99,34 % à la fois pour la lecture et l'initialisation.

Ils ont démontré également des fidélités de porte de Clifford à un qubit atteignant 99,85 % et une fidélité de porte à deux qubits de 98,92 %. Ces progrès permettent de surmonter la limitation fondamentale selon laquelle l'énergie thermique doit être bien inférieure aux énergies des qubits pour que l'opération de haute fidélité soit possible, surmontant ainsi un obstacle majeur sur la voie de l'informatique quantique évolutive et tolérante aux fautes.

Source : "High-fidelity spin qubit operation and algorithmic initialization above 1 K"

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