Ordinateur quantique : des qubits stables à température ambiante générés pour la première fois

La gestion de la surchauffe reste un problème récurrent et non encore résolu dans le domaine de l’exploitation de l’informatique quantique. Mais dans une première mondiale, une équipe de chercheurs a réussi à établir une cohérence quantique dans un qubit moléculaire à température ambiante.

Qu’est-ce que la cohérence quantique ?

La cohérence quantique est un concept fondamental de la mécanique quantique qui fait référence au phénomène dans lequel les systèmes quantiques présentent un degré élevé de corrélation et de synchronisation entre leurs particules constitutives. Cette cohérence découle de la nature ondulatoire inhérente aux particules quantiques, telles que les électrons ou les photons, et constitue une caractéristique clé qui distingue les systèmes quantiques des systèmes classiques.

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La cohérence quantique joue un rôle central dans les technologies émergentes comme l’informatique quantique et la communication quantique. C’est un aspect essentiel de la création des qubits, les unités d’information fondamentales de l’informatique quantique. Contrairement aux bits classiques qui existent dans un état 0 ou 1, les qubits peuvent exister simultanément dans une superposition des deux états, grâce à la cohérence quantique. Cette propriété unique permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs complexes en parallèle, résolvant potentiellement certains problèmes beaucoup plus efficacement que les ordinateurs classiques.

Cependant, il est important de comprendre que la cohérence quantique est sensible aux facteurs environnementaux, tels que les interférences électromagnétiques ou les fluctuations de température. Ces facteurs peuvent entraîner une perte de cohérence dans le système quantique, dans un phénomène appelé décohérence. En raison de cette décohérence, les scientifiques n’ont pas encore réussi à construire des ordinateurs quantiques pleinement fonctionnels. Les rares ordinateurs qui existent sont encore exploratoires et sont loin d’être pleinement opérationnels.

Une avancée cruciale dans le domaine de l’informatique quantique

En effet, les scientifiques n’ont jusqu’à présent réussi qu’à créer des qubits à partir de particules telles que des photons, des atomes, des électrons ou même une boucle supraconductrice. Pour qu’un ordinateur quantique fonctionne, il est nécessaire d’établir et de manipuler des interactions quantiques subtiles entre plusieurs qubits dans un état connu sous le nom d’intrication quantique. Cependant, pour que cela fonctionne, les qubits eux-mêmes doivent rester stables ou « cohérents ». Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs de l’université de Kyushu a conçu un qubit stable en utilisant une structure spéciale appelée structure métallo-organique.

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Cette structure implique la combinaison de molécules de pentacène (constituées de cinq cycles benzéniques connectés) avec des ions zirconium et des ligands dicarboxylates organiques. Les molécules de pentacène agissent comme des ponts, reliant les ligands et les ions entre eux dans une structure composée à la fois de molécules organiques et d’ions métalliques. Les scientifiques ont ensuite créé les qubits en intégrant un chromophore, une molécule colorante qui absorbe la lumière et émet de la couleur, à la structure métallo-organique.

D’après les résultats de l’étude publiée dans la revue Science Advances, cette expérience a permis de maintenir une cohérence quantique pendant plus d’une centaine de nanosecondes à température ambiante. C’est une réalisation incroyable dans la mesure où, auparavant, cela ne pouvait être réalisé dans des systèmes similaires qu’à des températures incroyablement froides d’environ -200 degrés Celsius. À l’avenir, les scientifiques sont optimistes quant à la prolongation de la cohérence sur des périodes encore plus longues. Ils pensent qu’en concevant des structures métallo-organiques améliorées et en identifiant des molécules plus adaptées aux qubits, ils peuvent repousser les limites encore plus loin et finalement aboutir aux ordinateurs quantiques tant attendus. Par ailleurs, cet ordinateur quantique intègre plus de 1 000 qubits.