Une nouvelle puce peut booster les ordinateurs quantiques

Une avancée fulgurante dans la course à l’ordinateur quantique vient d’être réalisée par deux physiciens quantiques de l’Université de Copenhague. Les collègues sont parvenus à faire fonctionner simultanément plusieurs qubits de spin sur une puce quantique. Le travail accompli relève d’un exploit international pour le Danemark. Cette prouesse technologique facilitera l’utilisation de semi-conducteurs nécessaires à la construction d’ordinateurs quantiques.

FEDERICO FEDELE, ANASUA CHATTERJEE, AND FERDINAND KUEMMETH. CREDIT: UNIVERSITY OF COPENHAGEN

CRÉDIT : UNIVERSITÉ DE COPENHAGUE

Jusque-là, l’un des défis à relever consistait à faire « collaborer » plusieurs qubits dans un même ordinateur quantique pour en accroître la puissance. En effet, lorsqu’un qubit subit des impulsions de contrôle, un autre qubit perdait son état quantique. C’est la décohérence quantique, qui fausse la précision des résultats attendus lors de la mesure, à l’issue d’un calcul.

Ce problème a été résolu par doctorant Federico Fedele et Anasa Chatterjee, qui travaille dans le groupe du professeur associé Ferdinand Kuemmeth. Ils ont respectivement 29 et 32 ans et sont issus de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague.

Les qubits de spins

Tandis que les grands groupes comme IBM et Google misent sur la supraconduction pour fabriquer leurs processeurs quantiques, d’autres physiciens ou instituts de recherches préfèrent fonder leurs espoirs sur les semi-conducteurs. C’est le cas de l’équipe vedette du moment. Sur les semi-conducteurs, l’on utilise des qubits spécifiques : il s’agit des qubits de spins.

« En gros, ils consistent en des spins d’électrons piégés dans des nanostructures semi-conductrices appelées points quantiques, de sorte que les états de spin individuels peuvent être contrôlés et enchevêtrés les uns avec les autres. »

Federico Fedele

Former un circuit performant et durable

Anasua Chatterjee a expliqué que, jusqu’à présent, les recherches se sont limitées à la production de qubits de plus en plus performants. Désormais, il faudrait “les faire communiquer entre eux.” Cette innovation devrait ainsi permettre à de nombreux qubits de spins, auparavant traités un par un, de fonctionner ensemble. Les jeunes physiciens y sont parvenus en fabriquant une puce semi-conductrice à base d’arséniure de gallium. Cette puce, de la taille d’une bactérie, change désormais la donne.

« Ce qui est nouveau et vraiment significatif dans notre puce, c’est que nous pouvons simultanément faire fonctionner et mesurer tous les qubits. Cela n’a jamais été démontré auparavant avec des qubits de spin ni avec de nombreux autres types de qubits. »

COMPARAISON DE LA TAILLE DES QUBITS : L'ILLUSTRATION MONTRE LA DIFFÉRENCE DE TAILLE ENTRE LES QUBITS DE SPIN ET LES QUBITS SUPRACONDUCTEURS. CRÉDIT : UNIVERSITÉ DE COPENHAGUE

Une prouesse technologique majeure

La conception d’un tel circuit est un énorme pas en avant pour l’objectif recherché : créer un ordinateur quantique avec un processeur à semi-conducteurs.

« Pour obtenir des processeurs quantiques plus puissants, nous devons non seulement augmenter le nombre de qubits, mais aussi le nombre d’opérations simultanées, et c’est exactement ce que nous avons fait. »

Le Pr Kuemmeth, qui a dirigé les recherches

Pour pousser la performance encore plus loin, l’équipe du professeur souhaite rallonger la durée de vie – déjà non négligeable – des qubits de spin grâce à l’apprentissage automatique. Elle étudie, pour cela, la manière dont les réglages du processeur quantique pourraient être optimisés grâce aux algorithmes de machine learning. L’équipe compte ainsi parvenir à créer de plus grands réseaux fonctionnels de qubits de spin.