La théorie quantique a commencé à prendre forme il y a plus d’un siècle et, depuis, elle est devenue le centre d’intérêt de nombreuses études et observations. Pourtant, ce n’est que depuis quelques années que les scientifiques ont commencé à envisager l’utilisation des mécanismes quantiques dans la technologie, et notamment dans l’informatique. L’université TU Delft, accueillant le projet QC-LAB, s’est lancée dans la course pour construire des ordinateurs quantiques performants, et a enregistré des résultats significatifs.
Les phénomènes quantiques qui nous permettent d’envisager la possibilité de révolutionner le monde des ordinateurs tel qu’on le connaît sont la superposition et l’intrication. Dans un ordinateur traditionnel, chaque bit peut prendre deux valeurs possibles: le un ou le zéro. Dans un ordinateur quantique, l’unité d’information de base, connue sous le nom de bit quantique, ou qubit, peut prendre la valeur de un, de zéro, ou des deux valeurs à la fois. Cette possibilité de revêtir plusieurs états simultanément est appelée superposition.
Plus on ajoute de qubits à un ordinateur, plus sa puissance croît de façon exponentielle. Cependant, pour pouvoir profiter de cette augmentation de puissance, les qubits doivent être connectés, même si une grande distance les sépare. Ce phénomène est appelé intrication quantique.
L’ordinateur du futur
La maîtrise des phénomènes tels que la superposition et l’intrication permettra aux ordinateurs quantiques de demain de résoudre des problèmes auxquels les ordinateurs centraux actuels consacreraient d’innombrables années de travail, tels que la factorisation de grands nombres premiers ou la recherche dans de vastes ensembles de données non-ordonnés.
Cependant, l’ordinateur quantique nécessite un grand nombre de qubits pour réaliser de tels calculs utiles, et c’est précisément ce besoin d’une grande quantité de qubits qui représente un défi. Ces unités d’informations quantiques doivent être capables de communiquer correctement pour que ces ordinateurs puissent être développés avec succès.
La promesse du silicium
Les puces quantiques stockent les informations en qubits et sont fabriquées à partir de silicium. Le silicium, largement utilisé dans les appareils électroniques, permet un long stockage des informations et, par conséquent, semble être un matériau prometteur pour l’utilisation dans la technologie quantique. Cependant, les scientifiques doivent encore trouver comment augmenter le nombre de
spins des systèmes de qubits. Comme ils le décrivent dans l’article publié dans
«Science», les chercheurs du projet ont fait un pas en avant dans la résolution de ce problème, en montrant qu’un spin d’électrons et une micro-onde
photon peuvent être couplés dans une puce de silicium. Selon les auteurs de l’étude: «[l]e spin d’électron est piégé dans une
boîte quantique et le photon micro-onde est stocké dans un résonateur superconducteur à haute impédance sur puce.» Ils ajoutent: «Le composant du champ électrique du photon de la cavité est directement couplé au dipôle de la charge de l’électron dans la double boîte, et indirectement au spin d’électrons, à travers un fort gradient de champ magnétique local provenant d’un micro-aimant voisin.» Les chercheurs ont annoncé que leurs résultats présentent une route à suivre pour réaliser de vastes réseaux de registres de qubits de spins basés sur les boîtes quantiques.
Cette puce quantique avec des qubits de silicium fiables constitue un jalon important sur le chemin menant à la réalisation de calculs quantiques évolutifs. L’objectif de l’équipe du projet QC-LAB est de développer un circuit à 13 qubits qui montrerait un transfert d’état quantique aller-retour entre les qubits.
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