Pour la première fois, des scientifiques ont mesuré la précision d’opérations à deux qubits dans du silicium, faisant ainsi un grand pas vers une informatique quantique fiable.
La grande promesse des ordinateurs quantiques est qu’ils permettront d’effectuer des calculs beaucoup plus puissants et rapides que la puissance de calcul dont nous disposions jusqu’à présent.
Le qubit constitue le fondement théorique de cette capacité des ordinateurs quantiques : tout comme les ordinateurs actuels traitent l’information en bits binaires qui prennent la valeur 0 ou 1, les ordinateurs quantiques dépendent du concept connexe mais supérieur du qubit.
Ce qui rend les qubits supérieurs aux bits conventionnels, c’est qu’en plus d’occuper une position 0 ou 1, ils peuvent occuper les deux en même temps : c’est ce qu’on appelle en mécanique quantique la superposition.
Le maintien de la superposition des qubits permet aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes mathématiques complexes en effectuant des calculs basés sur la probabilité de l’état d’un objet avant qu’il ne soit mesuré – mais les systèmes ne peuvent tenir leurs promesses que si les opérations des qubits sont elles-mêmes fiables.
“Tous les calculs quantiques peuvent être constitués d’opérations à un et à deux qubits – ce sont les blocs de construction centraux de l’informatique quantique”, explique Andrew Dzurak, chercheur en nanoélectronique à l’université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) en Australie.
“Une fois que vous les avez, vous pouvez effectuer tous les calculs que vous voulez – mais la précision des deux opérations doit être très élevée.”
En 2015, Dzurak et ses collègues chercheurs ont construit la première porte logique quantique au monde en silicium, afin que deux qubits puissent communiquer entre eux.
D’autres équipes l’ont également accompli depuis, mais jusqu’à présent, personne ne savait quelle était la fidélité (en gros, la précision) de ces systèmes.
“La fidélité est un paramètre critique qui détermine la viabilité d’une technologie de qubits”, explique Henry Yang, ingénieur expérimental quantique, également de l’UNSW.
“Vous ne pouvez exploiter l’énorme puissance de l’informatique quantique que si les opérations sur les qubits sont presque parfaites, seules de minuscules erreurs étant autorisées.”
Dans cette nouvelle recherche, l’équipe a pu affiner la fidélité de sa porte logique à deux qubits jusqu’à un seuil de 98 %.
Le fait que les chercheurs aient pu atteindre ce résultat dans du silicium – le matériau couramment utilisé pour les puces informatiques conventionnelles – montre que la même substance pourrait également être utilisée un jour dans les futurs ordinateurs quantiques, dans des systèmes logiques beaucoup plus puissants composés de millions de qubits, suggère l’équipe.
“Les fidélités à deux qubits atteignant les limites requises pour la tolérance aux pannes sont donc à portée de main et étayent le silicium en tant que plateforme technologique offrant de bonnes perspectives d’évolutivité vers les grands nombres de qubits nécessaires au calcul quantique universel”, expliquent les auteurs dans leur article.
Bien sûr, il faudra encore beaucoup de travail pour arriver à ce que des ensembles plus importants de qubits effectuent ces calculs complexes.
Ces dernières années, les scientifiques n’ont réussi à faire fonctionner que des quantités relativement faibles de qubits, comme la machine à 50 qubits d’IBM, par exemple.
Selon les chercheurs, il s’agit également d’affiner encore la fidélité, afin que les futurs systèmes en silicium soient encore plus fiables.
“Si notre valeur de fidélité avait été trop faible, cela aurait signifié de sérieux problèmes pour l’avenir de l’informatique quantique au silicium”, explique M. Dzurak.
“Nous pensons que nous atteindrons des fidélités nettement plus élevées dans un avenir proche, ouvrant ainsi la voie à un calcul quantique à grande échelle et tolérant aux pannes.”
Les résultats sont rapportés dans la revue Nature.