Des chercheurs ont développé un processeur quantique à base de silicium pouvant prendre en charge des opérations de calcul quantique et exécuter de manière autonome la correction d’erreurs. Ce type de système permettrait de résoudre le problème de contrôle du grand nombre de qubits nécessaire au calcul quantique sans les systèmes de câblage complexes soutenant les systèmes électroniques conventionnels. Ces résultats marquent une étape importante vers le déploiement à grande échelle des ordinateurs quantiques.
Pour pouvoir fonctionner et effectuer des calculs pour des applications réellement pratiques, les ordinateurs quantiques nécessitent des puces (ou processeurs quantiques) pouvant prendre en charge un grand nombre de qubits. Les puces à base de silicium ont été proposées à cet effet car elles offriraient une stabilité accrue des qubits, une compatibilité avec les processus industriels de fabrication actuels et une réduction des bruits environnementaux.
Les qubits basés sur le silicium conserveraient notamment plus longtemps leur état quantique en étant moins sensibles aux perturbations magnétiques. Les puces à base de silicium permettraient d’intégrer directement sur le même composant les qubits et les circuits électroniques de contrôle tels que les systèmes de correction d’erreurs. Leur déploiement à grande échelle serait également facilité par le fait que le silicium est déjà un matériau couramment utilisé et maîtrisé par l’industrie micro-électronique actuelle.
Cependant, la chaleur générée par les processus de traitement quantique perturbe facilement la stabilité des qubits. En conséquence, les qubits sur silicium actuels sont reliés à une électronique de contrôle située à température ambiante par des systèmes de câblage complexes, utilisés pour leur contrôle et la correction d’erreurs.
Des chercheurs des laboratoires HRL Quantum proposent une puce à base de silicium qui intègrerait directement un système de correction d’erreurs autonome. Les résultats de l’étude sont parus aujourd’hui (29 juillet) dans la revue Nature.
Une électronique cryogénique pour corriger les erreurs en autonomie
L’objectif de l’équipe du HRL Quantum était de déterminer comment contrôler le grand nombre de qubits nécessaires à un ordinateur quantique fonctionnel sans les centaines de câbles et de composants électroniques permettant de maintenir leur stabilité. Pour ce faire, les chercheurs ont conçu des systèmes de contrôle sur mesure intégrés au processeur et fonctionnant à –263 °C à l’intérieur d’un cryostat.
Cette approche permettrait de générer les signaux nécessaires au système quantique pour effectuer la correction d’erreurs de manière autonome, sans que le système électronique à température ambiante ne doive intervenir en temps réel. En rapprochant l’électronique de contrôle des qubits tout en la faisant fonctionner à température cryogénique, cette architecture limiterait les perturbations thermiques liées aux systèmes électroniques.
« Notre objectif est de construire ces ordinateurs puissants en utilisant des lignes de production de microprocesseurs standard et d’intégrer chacun d’eux dans un seul réfrigérateur. Cette approche permettra de maintenir les coûts de production bas et de rendre la technologie suffisamment abordable pour s’attaquer à une variété beaucoup plus large de problèmes commerciaux et scientifiques », explique dans un communiqué, Rob Vasquez, président-directeur général de HRL Laboratories.
Les chercheurs ont observé une correction autonome d’erreurs sur un maximum de 7 qubits à l’aide d’un processeur en silicium pouvant traiter jusqu’à 18 qubits. D’après l’équipe, le taux d’erreur observé serait dix fois inférieur à celui des précédents systèmes utilisant les mêmes types de qubits. Le système serait également plus rapide, chaque opération prenant moins d’une microseconde.
D’autre part, le taux d’erreur a été divisé par cinq environ lorsque l’équipe a ajouté des qubits à son algorithme de correcteur d’erreurs, démontrant ainsi la propriété de suppression d’erreurs sur laquelle reposera le fonctionnement des ordinateurs quantiques. Il s’agirait en outre de la première fois que la correction d’erreurs est entièrement exécutée par un contrôleur cryogénique, sans aucune intervention en temps réel de composants électroniques à température ambiante.
« Les technologies qui ont permis l’informatique conventionnelle n’étaient pas seulement les plus performantes, elles étaient aussi celles qui pouvaient être fabriquées à moindre coût et à grande échelle », indique Vasquez. « Nous pensons que l’informatique quantique suivra une voie similaire », conclut-il.
