Des scientifiques viennent de battre un nouveau record de stabilité pour l’informatique quantique

Des scientifiques australiens ont mis au point un bit quantique dix fois plus stable que les technologies existantes. Ce nouveau record pourrait élargir considérablement les types de calculs que les ordinateurs quantiques peuvent effectuer.

Alors que les ordinateurs conventionnels traitent des informations enregistrées dans des bits binaires qui prennent soit la valeur 0, soit la valeur 1, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques – également appelés qubits – qui peuvent occuper la valeur 0, 1, ou une superposition qui peut être les deux en même temps.

Le nouveau qubit mis au point par les chercheurs de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) est appelé un bit quantique “habillé”, car l’équipe a combiné l’atome unique qui en est le cœur avec un champ électromagnétique.

Ce faisant, ils ont pu maintenir les bits quantiques en superposition – c’est-à-dire existant dans deux états simultanément – pendant 10 fois plus longtemps que les efforts précédents, et ce temps supplémentaire pourrait rendre les calculs informatiques quantiques beaucoup plus stables.

“Nous avons créé un nouveau bit quantique où le spin d’un seul électron est fusionné avec un champ électromagnétique puissant”, explique le chercheur Arne Laucht.

“Ce bit quantique est plus polyvalent et plus durable que l’électron seul, et nous permettra de construire des ordinateurs quantiques plus fiables.”

Si les ordinateurs quantiques sont souvent présentés comme étant incroyablement plus puissants que les ordinateurs que nous utilisons aujourd’hui – avec des vitesses de traitement des centaines de millions de fois plus rapides – l’un des obstacles à leur développement est la superposition elle-même.

C’est la superposition qui rend les ordinateurs quantiques si séduisants, car la possibilité pour l’information d’occuper deux états en même temps est ce qui donne à la technologie une portée presque inimaginable dans les calculs.

Mais cette force est aussi la faiblesse de l’informatique quantique, car la superposition est extrêmement fragile et éphémère, ce qui empêche les chercheurs de réaliser le potentiel impressionnant de l’informatique quantique.

“Le plus grand obstacle à l’utilisation d’objets quantiques pour le calcul est de préserver leurs superpositions délicates suffisamment longtemps pour nous permettre d’effectuer des calculs utiles”, explique l’un des membres de l’équipe, Andrea Morello.

Mais en soumettant un seul atome de silicium à un champ électromagnétique très puissant, oscillant en continu à des fréquences micro-ondes, les chercheurs ont pu prolonger la préservation de la superposition pendant 10 fois plus longtemps qu’un qubit standard.

La durée de vie prolongée du qubit vêtu est encore très courte d’un point de vue humain – seulement 2,4 millisecondes – mais elle serait suffisante pour permettre un nombre beaucoup plus important d’opérations dans un ordinateur quantique.

Outre l’élargissement de la fenêtre de superposition, le champ électromagnétique offre également aux scientifiques une plus grande capacité à manipuler le qubit.

ce nouveau “qubit habillé” peut être contrôlé de diverses manières qui seraient impraticables avec un “qubit non habillé”, explique Morello. “Par exemple, il peut être contrôlé en modulant simplement la fréquence du champ de micro-ondes, comme dans une radio FM”

“Dans un certain sens, c’est pourquoi le qubit habillé est plus immunisé contre le bruit”, ajoute-t-il. “[L]es informations quantiques sont contrôlées par la fréquence, qui est solide comme le roc, alors que l’amplitude peut être plus facilement affectée par un bruit extérieur.”

Les ordinateurs quantiques eux-mêmes sont probablement encore loin d’exister, cependant. Si Google a mis au point une simulation qu’il présente comme un ordinateur quantique, tout le monde n’est pas convaincu que cet effort soit aussi puissant qu’un véritable ordinateur quantique.

Mais lorsque les ordinateurs quantiques arriveront, les chercheurs affirment que leur technique de qubits habillés fonctionnera avec les types de puces en silicium que nous utilisons dans les appareils numériques actuels.

“Ce résultat nous donne un nouvel outil pour créer un processeur quantique puissant et fiable dans le silicium”, explique M. Laucht, “en utilisant des méthodes de fabrication standard comme celles utilisées pour les ordinateurs de tous les jours.”

Vous pouvez en savoir plus sur ces recherches dans la vidéo ci-dessous :

Les résultats sont publiés dans Nature Nanotechnology.

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