Cet étrange ordinateur quantique à base de diamants se refroidit en effectuant des calculs

Si nos ordinateurs ont tendance à ralentir en cas de surchauffe, ce phénomène peut tout simplement empêcher le fonctionnement des dispositifs quantiques. Des chercheurs allemands ont récemment démontré que l’exécution d’un algorithme permettait d’éviter un tel scénario.

Refroidir les machines quantiques avec un algorithme

Le refroidissement des machines classiques est généralement assuré par des ventilateurs, mais de tels composants se révèlent bien insuffisants pour les ordinateurs quantiques. Ceux-ci doivent en effet être maintenus à des températures très basses, flirtant souvent avec le zéro absolu (-273,15 °C), pour pouvoir fonctionner.

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Dans le cadre de travaux pré-publiés sur le serveur arXiv, Eric Lutz et ses collègues de l’université de Stuttgart ont conçu un ordinateur quantique se refroidissant lui-même en effectuant une « simple » séquence d’opérations mathématiques. Selon l’équipe, cette approche algorithmique pourrait grandement faciliter le développement de machines quantiques à température ambiante.

Impliquant des diamants imparfaits, auxquels il manque deux atomes de carbone, le dispositif utilisé comporte trois qubits, ou bits quantiques. L’équipe a remplacé l’un de ces atomes par un atome d’azote et laissé un espace vide, appelé vacance, à la place de l’autre. Pour manipuler ces qubits, les chercheurs les ont soumis à des micro-ondes, modifiant ainsi le spin du noyau de l’atome d’azote ou des noyaux de deux atomes de carbone proches de la vacance.

« Ces interventions modifiant l’état quantique des qubits s’apparentent aux portes logiques des ordinateurs traditionnels, qui vont comparer les signaux entrants puis émettre un signal de sortie en fonction du résultat », explique Lutz. « Chaque état quantique impliquant une quantité d’énergie spécifique, une succession particulière de portes peut être utilisée pour refroidir le dispositif. »

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Une approche étonnamment efficace

Les chercheurs ont constaté que leur approche algorithmique était extrêmement proche de la limite théorique maximale en matière de refroidissement. « Nous avons évalué l’algorithme selon les normes de performances d’un réfrigérateur », détaille Rodolfo Soldati, membre de l’équipe. « En d’autres termes, nous n’avons pas étudié sa capacité à traiter l’information, mais à modifier l’énergie de l’ordinateur et le refroidir. »

« Bon nombre d’ordinateurs quantiques, notamment basés sur des circuits supraconducteurs, doivent être placés dès le départ dans un environnement extrêmement froid », souligne de son côté Durga Dasari, co-auteur de l’étude. « Pouvoir débuter avec des qubits à température ambiante et les refroidir en modifiant un algorithme constitue un avantage pratique majeur des ordinateurs quantiques à base de diamants. »

Pour Lutz et son équipe, la prochaine étape consistera à créer un ordinateur basé sur cette technologie de refroidissement comportant davantage de qubits, étant par conséquent à même de réaliser des calculs nettement plus complexes.

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