Dans le cadre d’une nouvelle expérience, des chercheurs ont conçu des qubits fonctionnant à des températures légèrement plus élevées que ce qui était considéré comme possible jusqu’à présent. En permettant de réduire significativement les coûts d’exploitation et la complexité des systèmes de refroidissement, cet exploit devrait rendre l’informatique quantique plus accessible.
Afin de déployer correctement leur puissance de calcul, les qubits des ordinateurs quantiques reposent sur des propriétés uniques. Or, ces caractéristiques sont extrêmement sensibles et peuvent être facilement perturbées par l’environnement, dont par la chaleur. La perturbation des états quantiques des qubits induit les systèmes en erreur, constituant l’un des défis majeurs auxquels les scientifiques font face.
Jusqu’à présent, l’unique solution connue pour éviter les effets de la chaleur est d’isoler les qubits de tout type de perturbation thermique. Pour ce faire, les circuits de processeur des ordinateurs quantiques sont maintenus à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu (-273,15 °C, ou 0 Kelvin). Mais la mise en place d’un système de réfrigération adapté constitue également un défi, ce dernier étant à la fois complexe et coûteux.
Récemment, des scientifiques de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, en Australie, ont ainsi tenté de réduire la complexité et le coût de l’équipement nécessaire pour refroidir les ordinateurs quantiques. Ils sont parvenus à faire fonctionner des qubits à des températures légèrement plus élevées, notamment à environ 1 Kelvin. Bien que minime, cette différence de température peut résulter en une réduction considérable des coûts d’exploitation. Les détails ont été publiés dans la revue Nature.
Les inconvénients des systèmes de refroidissement actuels
Les systèmes de refroidissement utilisés actuellement dans les ordinateurs quantiques sont appelés cryostats. Ils permettent d’abaisser la température des qubits à quelques millikelvins, une température proche du zéro absolu. Outre leur coût matériel, leur coût d’exploitation est également très élevé. En effet, à mesure que la température s’approche du zéro absolu, ils perdent en efficacité. Cela requiert par conséquent le déploiement d’énergie supplémentaire, augmentant d’autant plus les coûts.
Sans compter que les configurations des systèmes destinés à contrôler les qubits sont souvent très encombrantes et produisent beaucoup de chaleur. Plus le nombre de qubits à gérer est élevé, plus le système produit de la chaleur, au point de dépasser la capacité de refroidissement du cryostat.
Des qubits fonctionnant à 1 K ?
Les chercheurs de la nouvelle étude soulignent l’importance de développer des systèmes tolérants aux erreurs à mesure que le nombre de qubits intégrés dans les ordinateurs quantiques augmente. Cette tolérance fait référence à la capacité de détecter et de corriger les erreurs sans compromettre le résultat final des calculs. Afin d’optimiser le coût de refroidissement, l’équipe estime que ces systèmes doivent être capables de fonctionner à une température d’au moins 1 Kelvin (-272,15 °C). « À mesure que la mise à l’échelle s’accélère, il devient impératif d’établir un fonctionnement tolérant aux erreurs au-dessus de 1 K », écrivent les chercheurs dans leur étude.
Ils ont ainsi développé un qubit fonctionnant à cette température. Ce dernier a été produit à partir d’une structure qu’ils appellent un « point quantique », qui a été imprimé sur du silicium. Grâce à ses propriétés, le point quantique permet de contrôler l’état du qubit plus efficacement.
Passer de 0 K (-273,15 °C) à 1 K (-272,15 °C) semble presque insignifiant compte tenu de la température, qui reste extrêmement basse. Pourtant, un seul degré Celsius de différence, selon les chercheurs, suffit pour réduire non seulement le coût, mais également la complexité des systèmes de réfrigération actuels.