La puce d’ordinateur quantique en silicium utilisée dans l’étude RIKEN
Trois équipes de scientifiques du monde entier ont franchi une étape importante dans l’informatique quantique. Les trois groupes ont démontré une précision supérieure à 99 % dans des dispositifs quantiques à base de silicium, ouvrant ainsi la voie à des ordinateurs quantiques pratiques, évolutifs et exempts d’erreurs.
Les ordinateurs classiques stockent et traitent les informations en bits, qui sont représentés par un un ou un zéro. Les ordinateurs quantiques, en revanche, utilisent des qubits qui peuvent être soit un un, soit un zéro, soit les deux en même temps, grâce à la bizarrerie quantique de la superposition. Cela devrait permettre aux ordinateurs quantiques de devenir exponentiellement plus puissants que les ordinateurs classiques. Cependant, les états quantiques sont sensibles aux interférences extérieures, ce qui peut provoquer des erreurs qui limitent fortement l’aspect pratique de ces machines.
Mais aujourd’hui, les trois nouvelles études ont démontré que les systèmes d’ordinateurs quantiques ont un taux d’erreur inférieur à 1%. Mieux encore, ces dispositifs étaient tous basés sur le silicium, ce qui devrait les rendre plus faciles à fabriquer en utilisant l’infrastructure commerciale existante des semi-conducteurs.
Une équipe dirigée par l’Université de New South Wales (UNSW) en Australie a atteint une fidélité de 99,95 % dans un système à un qubit, et de 99,37 % avec deux qubits en fonctionnement. Une deuxième équipe, de l’Université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, a atteint 99,87 % avec un qubit et 99,65 % avec deux qubits. Enfin, une équipe du RIKEN, au Japon, a atteint une fidélité de 99,84 % dans un système à un qubit et de 99,51 % avec deux qubits.
« Lorsque les erreurs sont si rares, il devient possible de les détecter et de les corriger lorsqu’elles se produisent », a déclaré le professeur Andrea Morello, auteur principal de l’étude de l’UNSW. « Cela montre qu’il est possible de construire des ordinateurs quantiques d’une taille et d’une puissance suffisantes pour effectuer des calculs significatifs. Ce travail de recherche est une étape importante sur le chemin qui nous y mènera. »
Diagramme du processeur quantique en silicium de l’équipe de l’UNSW : les points rouges représentent les qubits de l’atome de phosphore, tandis que l’électron (ovale brillant) les englobe tous les deux.
Le système de l’UNSW code les informations dans les spins nucléaires des atomes de phosphore, implantés dans une puce de silicium. Les noyaux de ces atomes constituent le cœur du processeur et effectuent des opérations quantiques. Ils sont reliés entre eux par un électron qui est enchevêtré quantiquement avec chaque atome.
« Si vous avez deux noyaux qui sont connectés au même électron, vous pouvez leur faire effectuer une opération quantique », a déclaré le Dr Mateusz Mądzik, auteur expérimental principal de l’étude. « Tant que vous n’opérez pas l’électron, ces noyaux stockent en toute sécurité leurs informations quantiques. Mais maintenant, vous avez la possibilité de les faire parler entre eux via l’électron, afin de réaliser des opérations quantiques universelles qui peuvent être adaptées à tout problème de calcul. »
Les expériences de Delft et de RIKEN ont été menées en utilisant les spins de deux électrons comme qubits, chacun étant confiné dans un point quantique constitué de silicium et d’un alliage silicium-germanium.
Les trois équipes ayant dépassé une précision de 99 %, les chercheurs affirment que les prochaines étapes consisteront à concevoir des processeurs quantiques en silicium pratiques pouvant être mis à l’échelle pour des ordinateurs quantiques commerciaux.
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/quantum-computing-silicon-hits-99-cent-accuracy
https://qutech.nl/2022/01/19/semiconductor-spin-qubits/
https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/pr/2022/20220120_1/index.html
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04292-7
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04273-w
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04182-y
