Interconnecter plusieurs micropuces quantiques… La prouesse peut sembler quelque peu obscure pour les non-initiés, mais elle représente une avancée majeure qui pourrait faciliter la conception d’ordinateurs quantiques fonctionnels.
C’est une équipe de scientifiques de l’Université de Sussex, aux États-Unis, qui s’est penchée sur le sujet. L’objectif était de trouver un moyen de faire fonctionner ensemble plusieurs puces au sein d’un ordinateur quantique. Leurs recherches ont été publiées dans Nature. Les chercheurs sont ainsi parvenus à faire se déplacer des qubits entre deux puces avec une vitesse et une fiabilité encore jamais égalées à ce jour. Pour mieux comprendre en quoi cette avancée est importante, revenons d’abord sur la définition d’un qubit.
Un qubit est à un ordinateur quantique ce qu’un bit est à un ordinateur classique : c’est-à dire, l’unité d’information de base qui permet de constituer tous les codes dans un ordinateur. Un bit peut être 0 ou 1, et c’est sur ces 0 et 1 que reposent tous les programmes. Un ordinateur quantique, lui, utilise des « qubits »; ou bits quantiques, qui peuvent être, en quelque sorte, à la fois 0 et 1, dans une superposition d’états, en plus des états 0 et 1.
Mais plus concrètement, de quoi est composé un qubit ? Il s’agit en réalité d’atomes, que l’on « organise » selon divers moyens pour qu’ils interagissent entre eux et se placent dans ces états quantiques requis pour le calculateur. Il existe plusieurs façons de procéder pour parvenir à ce résultat. En l’occurrence, les scientifiques ont utilisé ce qu’on appelle des « pièges à atomes », qui, là encore, peuvent être de différentes natures. Ils ne sont pas les premiers à faire cela : à vrai dire, c’est même une méthode plutôt classique pour créer des qubits en physique quantique. Seulement, on peut stocker un nombre limité de qubits sur une puce quantique.
Un champ électrique pour transporter des qubits
« Au fur et à mesure que les ordinateurs quantiques se développent, nous finirons par être contraints par la taille de la micropuce, qui limite le nombre de bits quantiques qu’une telle puce peut accueillir », explique ainsi le scientifique quantique Winfried Hensinger de l’Université du Sussex. C’est sur ce point que l’équipe a levé une barrière conséquente. Ils sont parvenus à connecter plusieurs puces entre elles, ce qui signifie que le nombre de qubits pourrait être augmenté de manière exponentielle.
a) Deux modules (« Module A » et « Module B ») sont représentés comme totalement opaques et des parties de dix autres modules sont représentées comme partiellement transparentes. À titre d’exemple, chaque module contient 4 jonctions X et est structuré de telle sorte qu’il s’imbrique dans les modules voisins. Une mise en œuvre réaliste peut comporter beaucoup plus de jonctions X par module. L’encart b) montre une seule jonction X sur un module. Pour cette architecture, des zones spécifiques de la jonction X sont associées à certaines fonctions et sont connectées par des ions mobiles. Par exemple, un qubit peut être situé dans une zone de porte pour les opérations de logique quantique (boîte bleue) tandis qu’un autre qubit peut être stocké ou déplacé dans une zone de mémoire (boîte rouge). L’encart c) illustre l’espace séparant les modules. Des paires d’électrodes RF distinctes s’étendent jusqu’au bord des modules pour créer un potentiel de confinement radial permettant de transporter les ions vers le module voisin. © M. Akhtar et al.
Mieux encore, ils ont réussi à obtenir une très bonne stabilité : « Alors que les qubits sont notoirement difficiles à maintenir stables et à déplacer, l’équipe a atteint un taux de réussite de 99,999993% et un taux de connexion de 2424 liens par seconde », commente à ce sujet ScienceAlert dans un article. Pour effectuer ces transferts entre puces, les chercheurs ont utilisé une technique spécifique qu’ils ont baptisée UQConnect. Concrètement, il s’agit d’utiliser un champ électrique pour transporter les qubits. Cela signifie que les micropuces pourraient être assemblées de la même manière que les pièces d’un puzzle pour construire des ordinateurs quantiques.
Obtenir un ordinateur quantique fonctionnel fait rêver bien des scientifiques, et des recherches multiples sont en cours sur le sujet. En effet, ces machines promettent une puissance de calcul inégalée, qui permettrait de résoudre des problèmes extrêmement complexes. Ils pourraient par exemple s’avérer capables de développer de nouveaux matériaux, d’accélérer les recherches sur le développement de médicaments, ou encore d’améliorer la sécurité informatique.
