En 2016, le prix Nobel de physique a été attribué à trois scientifiques britanniques pour leurs travaux sur les supraconducteurs et les superfluides, qui comprenaient l’explication d’une phase plutôt étrange de la matière.
Aujourd’hui, leur découverte a une application pratique : la réduction d’un composant électrique à une taille qui aidera les ordinateurs quantiques à atteindre une échelle qui pourrait tout simplement les rendre utiles.
Dans le cadre d’une collaboration avec l’université de Stanford, aux États-Unis, à la fin de l’année dernière, une équipe de scientifiques de l’université de Sydney et de Microsoft a utilisé la phase de la matière – l’isolant topologique – pour réduire de 1 000 fois la taille d’un composant électrique appelé circulateur.
C’est une excellente nouvelle lorsqu’il s’agit de faire tenir plus de qubits dans un espace suffisamment réduit.
Si vous avez raté l’événement en 2016, un trio de physiciens a reçu le prix Nobel pour avoir découvert que, dans certaines conditions, certains matériaux pouvaient facilement conduire des électrons le long de leur surface, mais rester un isolant à l’intérieur.
Plus important encore, ils ont découvert des cas où la matière passe d’un état à l’autre sans briser ce qu’on appelle la symétrie, comme c’est le cas lorsque les atomes d’eau se réarrangent en glace ou en vapeur.
À mesure que nous réduisons les composants électriques à des échelles pratiquement atomiques, la façon dont les électrons se déplacent dans différentes dimensions devient de plus en plus importante.
C’est ainsi qu’est né le qubit, un gros morceau d’électronique qui utilise les probabilités d’un morceau de matière non mesuré pour effectuer des calculs que les ordinateurs classiques ne peuvent espérer égaler.
Nous pouvons fabriquer des qubits de différentes manières et nous sommes en train de devenir assez bons pour les assembler en nombre toujours plus grand.
Mais réduire les qubits à des tailles suffisamment petites pour que nous puissions en placer des centaines de milliers dans un espace suffisamment restreint est un défi.
“Même si nous disposions aujourd’hui de millions de qubits, il n’est pas certain que nous ayons la technologie classique pour les contrôler”, déclare David Reilly, physicien à l’université de Sydney et directeur de la Station Q de Microsoft.
“La réalisation d’un ordinateur quantique à grande échelle nécessitera l’invention de nouveaux dispositifs et techniques à l’interface quantique-classique.”
L’un de ces dispositifs s’appelle un circulateur, qui est un peu comme un rond-point pour les signaux électriques, garantissant que l’information se dirige dans une seule direction.
Jusqu’à présent, les plus petites versions de ce matériel pouvaient tenir dans la paume de votre main.
Cela devrait changer, car les scientifiques ont démontré qu’une plaquette magnétisée faite d’un isolant topologique particulier pourrait faire l’affaire et être 1 000 fois plus petite que les composants existants.
“De tels circulateurs compacts pourraient être mis en œuvre dans une variété de plates-formes matérielles quantiques, indépendamment du système quantique particulier utilisé”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Alice Mahoney.
À bien des égards, nous en sommes encore à la phase des ordinateurs quantiques qui précède celle des tubes à vide et des bandes magnétiques – ils sont plus prometteurs que pratiques.
Mais si nous continuons à voir des progrès comme celui-ci, il ne faudra pas longtemps avant que nous vous parlions d’ordinateurs quantiques résolvant des problèmes qui laissent nos meilleurs superordinateurs sur leur faim.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications en novembre 2017.
Une version de cet article a été publiée pour la première fois en novembre 2017.