Des scientifiques construisent le plus petit ordinateur quantique du monde

Des chercheurs ont récemment conçu un ordinateur quantique capable de fonctionner à température ambiante. Contrairement aux ordinateurs quantiques classiques, cette nouvelle machine se passe d’un équipement encombrant de refroidissement, tout en se contentant d’un seul photon comme unité de calcul (ou qubit). Cet exploit marque une avancée significative dans la course aux ordinateurs quantiques plus accessibles et plus efficaces.

Les limites des qubits supraconducteurs

L’ordinateur quantique, qui tient sur un bureau, est basé sur un photon unique, une particule de lumière confinée dans une boucle de fibre optique. Cette conception novatrice a été détaillée dans une étude publiée dans la revue Physical Review Applied. Bien qu’il s’agisse d’un prototype, cet ordinateur est capable de réaliser des calculs, comme la factorisation de nombres premiers – par exemple, décomposer 15 en 5 et 3. Cette technologie repose sur une approche unique de l’informatique quantique, différente des systèmes conventionnels.

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La majorité des processeurs quantiques modernes, dont la puce Condor à 1 000 qubits d’IBM, utilisent des qubits supraconducteurs. Cependant, ces qubits ne fonctionnent de manière optimale que dans des conditions de froid extrême, proches du zéro absolu. En effet, exploiter les propriétés quantiques des qubits, comme la superposition (permettant à un qubit d’être dans plusieurs états simultanément), exige un refroidissement intense. Cette contrainte impose l’usage de systèmes complexes de réfrigération, occupant souvent une pièce entière et consommant d’importantes ressources énergétiques.

En réaction à ces limites, la recherche s’est tournée vers des alternatives comme les photons pour remplacer les qubits supraconducteurs. Le domaine de l’« informatique quantique optique » explore depuis longtemps cette piste. En février, des scientifiques ont proposé qu’utiliser une seule impulsion laser comme qubit pourrait permettre de concevoir un ordinateur quantique fonctionnant à température ambiante.

Scientists build the smallest quantum computer in the world — it works at room temperature and you can fit it on your desk https://t.co/4gVDTi8t4x

— Live Science (@LiveScience) October 23, 2024

Un ordinateur quantique compact grâce aux photons

Le nouvel ordinateur quantique fonctionne avec une technologie photonique stable et compacte, stockant des informations dans « 32 dimensions temporelles » ou cases temporelles, exploitant ainsi le potentiel quantique du photon. Selon Chih-Sung Chuu, professeur d’optique quantique à l’université Tsing Hua de Taïwan et auteur principal de l’étude, ce nombre représente un record mondial pour un qubit unique. 

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Contrairement aux qubits supraconducteurs, les photons restent stables même à température ambiante. Il est également de la taille d’un ordinateur de bureau classique car il ne nécessite pas de refroidissement. Une machine quantique basée sur les photons nécessite moins d’énergie et est moins coûteuse à faire fonctionner. 

De plus, cette innovation surpasse d’autres systèmes quantiques tels que les qubits d’ions piégés, qui nécessitent des dispositifs laser complexes pour stabiliser leurs états quantiques. Dans cette approche, le qubit photonique est également moins sensible aux perturbations et plus facile à gérer.

Un pas vers des réseaux de communication quantique

Bien que des ordinateurs quantiques optiques intégrant plusieurs photons existent déjà, leur fonctionnement reste difficile à maîtriser. En effet, les photons sont des particules apparaissant de manière imprévisible, ce qui complique leur manipulation en nombre. L’équipe de Chuu a donc concentré toutes les informations nécessaires dans un seul photon stable, permettant un calcul plus fiable. 

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Chuu compare cette innovation à la transformation d’une bicyclette, pouvant transporter une personne, en un train composé de 32 wagons capables de transporter plusieurs passagers. Les chercheurs envisagent à présent d’augmenter cette capacité de stockage photonique pour permettre des calculs encore plus complexes.

En utilisant un seul photon comme qubit, cet ordinateur quantique pourrait s’intégrer naturellement dans les futures infrastructures de communication quantique, où la lumière est le principal vecteur de transmission des données. Cette technologie pourrait également être intégrée dans des réseaux informatiques classiques utilisant la lumière, ouvrant ainsi la voie à des applications pratiques. Par ailleurs, l’ordinateur quantique de Google exécute instantanément une tâche qui prendrait normalement 47 ans.