L’informatique quantique fait un pas de géant grâce aux puces en silicium ultra-pur

Des scientifiques des universités de Melbourne et de Manchester ont mis au point une approche simple pour obtenir du silicium ultra-pur, avec des implications majeures pour l’informatique quantique.

Un matériau omniprésent

Le silicium est privilégié dans l’électronique pour deux raisons principales : sa semi-conductivité, et la facilité à s’en procurer (il s’agit du second élément le plus abondant de la croûte terrestre). S’il a soutenu l’augmentation exponentielle de la puissance des ordinateurs classiques au cours des dernières décennies, le relatif manque de pureté de ce matériau constitue aujourd’hui un facteur limitant pour leurs homologues quantiques.

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Alors que les machines conventionnelles stockent et traitent les données sous forme de bits binaires (0 ou 1), les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, pouvant exister dans une superposition simultanée de ces deux états. Ce qui a pour effet d’augmenter leur puissance de calcul de façon exponentielle. Cependant, les états quantiques se révèlent sensibles aux interférences, telles que d’infimes fluctuations de température, ou des impuretés.

« Bien que le silicium naturel soit principalement constitué de l’isotope désirable silicium-28, ses concentrations de silicium-29 atteignent environ 4,5 % », explique David Jamieson, co-auteur de la nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Communications Materials. « Le noyau de chaque atome de silicium-29 renferme un neutron supplémentaire, qui agit comme un minuscule aimant, affectant la cohérence quantique et créant des erreurs de calcul. »

Du silicium beaucoup plus pur

Pour créer leur silicium ultra-pur, le chercheur et ses collègues ont projeté un faisceau de silicium-28 sur une puce informatique en utilisant un implanteur ionique, conduisant à l’élimination progressive des impuretés du matériau. À l’issue du processus, sa teneur en silicium-29 était passée à seulement 0,0002 %, soit deux parties par million.

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« La bonne nouvelle est que nous pouvons désormais réaliser cela en utilisant un équipement standard [spécifiquement configuré], que l’on trouve dans n’importe quel laboratoire de fabrication de semi-conducteurs », souligne Jamieson.

À l’heure où les ordinateurs quantiques les plus avancés intègrent plus de 1 000 qubits, cette percée ouvre la voie à une nouvelle génération de machines beaucoup plus stables.