Cette percée ouvre la voie à des ordinateurs quantiques beaucoup plus puissants et compacts

Des ingénieurs australiens sont récemment parvenus à surmonter un obstacle majeur, ouvrant la voie au développement d’une nouvelle génération d’ordinateurs quantiques beaucoup plus performants et compacts.

Un défi de taille

Bien que d’impressionnants progrès aient été réalisés ces dernières années dans le domaine de l’informatique quantique, la gestion simultanée d’un grand nombre de qubits représente un défi de taille pour ce type de machines. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Science Advances, des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) ont trouvé un moyen d’en contrôler plusieurs millions à la fois.

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Les ordinateurs classiques stockent et traitent les données sous forme de bits binaires (0 ou 1). De leur côté, les machines quantiques utilisent des « qubits », ou bits quantiques, pouvant exister dans une superposition simultanée de ces deux états, ce qui a pour effet d’augmenter leur puissance de calcul de façon exponentielle.

Dans les processeurs quantiques en silicium, les informations sont encodées dans le « spin » d’un électron (c’est-à-dire la propriété qui lui confère son magnétisme), avec des spins ascendants et descendants représentant des uns et des zéros, généralement obtenus grâce à un champ magnétique produit par des fils disposés le long des qubits. Problème : ces fils prennent énormément de place et génèrent également beaucoup de chaleur, ce qui limite actuellement le nombre de qubits par puce à quelques dizaines.

Des millions de qubits contrôlés simultanément

L’équipe de l’UNSW a récemment développé une nouvelle approche permettant d’appliquer un champ magnétique à un grand nombre de qubits à la fois. Celle-ci repose sur un prisme de cristal appelé résonateur diélectrique, placé juste au-dessus de la puce de silicium. Les micro-ondes sont dirigées vers ce prisme qui réduit leur longueur à moins d’un millimètre, ce qui crée un champ magnétique contrôlant les spins des qubits situés en dessous.

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« Deux innovations majeures interviennent ici », explique Jarryd Pla, auteur principal de l’étude. « Premièrement, nous n’avons pas besoin d’utiliser beaucoup d’énergie pour obtenir un champ magnétique puissant pour les qubits, ce qui signifie essentiellement que nous ne générons pas beaucoup de chaleur. Deuxièmement, le champ produit s’avère très uniforme, de sorte que les millions de qubits présents sur une puce en silicium bénéficieraient tous du même niveau de contrôle. »

Jusqu’à présent, ce champ a permis d’inverser les états des qubits individuels, et des travaux supplémentaires seront nécessaires pour obtenir la superposition de deux états à la fois. Selon l’équipe, une telle méthode devrait à terme permettre de contrôler jusqu’à quatre millions de qubits simultanément.