Des chercheurs de l'UNSW Sydney se tiennent à côté d'un réfrigérateur à dilution

Les "Hot Qubits" sont là – et ils propulsent l'avenir de l'informatique quantique


Au cours du mois dernier, des chercheurs du monde entier ont fait des découvertes historiques sur les bits quantiques, ou qubits. Le plus grand facteur environnemental qui empêche les ordinateurs quantiques de pénétrer dans les espaces commerciaux est que les qubits ont une faible tolérance à la température; auparavant, ils ne pouvaient fonctionner qu'à des températures proches du zéro absolu.

En effet, un qubit stockant un état quantique s'effondrera s'il est "observé" ou est affecté par des facteurs externes. Par exemple, un photon frappant un qubit le fera s'effondrer et compensera une vibration thermique d'une particule voisine.

C'est pourquoi de nombreux scientifiques travaillent à la création de systèmes quantiques pouvant fonctionner au-dessus de ces basses températures. Un tel effort les fera sortir du laboratoire et entrer dans le domaine commercial. Dans cet article, nous examinerons des recherches scientifiques récentes qui prouvent que les «qubits chauds», même jusqu'à la température ambiante, sont désormais une réalité.

Les "Hot Qubits" révolutionnaires des chercheurs de Sydney

Une équipe de chercheurs de l'UNSW Sydney a travaillé pour résoudre le problème des exigences de qubit à zéro absolu et pourrait avoir une solution qui fonctionne sur du silicium ordinaire. Le dispositif de test est une cellule unitaire de processeur quantique qui peut fonctionner à des températures allant jusqu'à 1,5 kelvin. Bien que cela puisse sembler extrêmement froid, il est toujours 15 fois supérieur à ceux produits par d'autres, dont Google et IBM. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans La nature.

Des chercheurs de l'UNSW Sydney se tiennent à côté d'un réfrigérateur à dilution

Des chercheurs de l'UNSW Sydney se tiennent à côté d'un réfrigérateur à dilution, qui maintient les qubits à des températures extrêmement froides. Image utilisée avec l'aimable autorisation de l'UNSW Sydney

Les chercheurs ont créé des puces quantiques qui peuvent fonctionner en tandem avec des puces de silicium conventionnelles. Lorsque ces deux puces sont placées l'une à côté de l'autre à basse température, elles peuvent contrôler les opérations de lecture et d'écriture des calculs quantiques.

Puce quantique placée à des températures fraîches à côté d'une puce de silicium conventionnelle

Puce quantique placée à des températures fraîches à côté d'une puce de silicium conventionnelle. Image utilisée avec l'aimable autorisation de l'UNSW Sydney

Pour prouver la viabilité de la conception, une autre équipe de l'autre côté du globe aux Pays-Bas a utilisé la même technologie pour créer un qubit chaud, qui a également fonctionné comme prévu. La conception utilise deux qubits qui sont confinés dans une paire de points quantiques, qui sont tous intégrés dans du silicium.

Ce qui rend également cette recherche révolutionnaire, c'est que d'autres laboratoires peuvent reproduire cet exploit de température avec quelques milliers de dollars d'équipement. Cela signifie que même les petites entreprises peuvent accéder à leur propre ordinateur quantique.

Le fait que cette technologie puisse être construite en utilisant la technologie du silicium signifie qu'elle peut être facilement intégrée dans des conceptions électroniques existantes, alimentant des données dans de tels systèmes et interprétant les résultats.

Intel et QuTech font des découvertes simultanées avec UNSW sur Hot Qubits

Le même jour que les chercheurs de Sydney ont publié leurs résultats sur les «qubits chauds», Intel a également publié ses propres recherches sur les qubits chauds. Intel, l'un des principaux fournisseurs mondiaux de technologie de processeur et de mémoire, s'est associé à QuTech pour produire un «qubit chaud» pouvant fonctionner à des températures allant jusqu'à 1,1 kelvin. Bien qu'elle ne soit pas aussi élevée que l'UNSW, la marque 1,1 kelvin est toujours une température réalisable en utilisant un équipement à faible coût (par rapport au zéro absolu). Les chercheurs du projet ont également publié leurs résultats dans La nature.

Le qubit conçu par l'équipe a une fidélité de 99,3%, c'est-à-dire un qubit de haute qualité avec un grand degré de séparation quantique entre les états. Cependant, les performances des qubits de spin sont très peu affectées lorsque les températures atteignent 1,25 kelvin.

Une plaquette isotopiquement pure

Une tranche isotopiquement pure Intel utilisée pour créer un flux de fabrication de spin qubit sur sa technologie de processus de 300 mm. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Walden Kirsch / Intel Corporation

La conception, qui fonctionne avec la technologie standard du silicium, démontre un contrôle à un seul qubit via l'utilisation de la résonance de spin électronique et la lecture en utilisant la méthode de blocage de spin de Pauli. Le dispositif démontré montre également un contrôle cohérent individuel de deux qubits et une capacité de rotation de 0,5 MHz à 18 MHz.

Parce qu'il peut être intégré à la technologie standard du silicium, le qubit développé par Intel et QuTech peut intégrer des circuits de contrôle et des processeurs quantiques sur un seul appareil.

Des chercheurs russes redéfinissent le "Qubit chaud" avec des Qubits à température ambiante

Alors que les équipes de Sydney et d'Intel ont créé des qubits qui fonctionnent à des températures supérieures au zéro absolu, une équipe de Russie et des collègues de Suède, de Hongrie et des États-Unis ont développé une méthode de fabrication de qubits à température ambiante.

Selon le document de recherche Communications Nature, il a été prouvé que les qubits fonctionnent à température ambiante lorsqu'ils sont intégrés à des défauts ponctuels dans les diamants, obtenus en remplaçant un atome de carbone par un atome d'azote. Cependant, la production de ces diamants peut être une tâche de fabrication coûteuse. C'est là que l'équipe dirigeante russe s'est intensifiée.

stabiliser les qubits de spin à défaut de point par puits quantiques

Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient stabiliser les qubits de spin à défaut de point par puits quantiques. Image utilisée avec l'aimable autorisation de MISIS

L'équipe a déterminé que le carbure de silicium était un substitut approprié au diamant lorsqu'un laser a été utilisé pour frapper un défaut dans le cristal. Lorsqu'elles sont bombardées de photons, les luminescences des défauts et la spectroscopie résultante montrent six pics distinctifs (PL1 à PL6).

Ce sont ces pics qui montrent la capacité du SiC à être utilisé comme qubit et donc quelle structure est nécessaire. Ainsi, leur méthode pour créer des qubits à température ambiante utiliserait un dépôt chimique en phase vapeur de SiC, une alternative peu coûteuse au diamant.

La découverte de l'utilisation du SiC dans les qubits quantiques a déjà conduit à des magnétomètres, des biocapteurs et des technologies Internet quantiques à base de SiC.

L'avenir des Hot Qubits

Un qubit chaud qui peut fonctionner sur un morceau de silicium aux côtés de composants existants révolutionnerait l'industrie informatique.

Alors que les ordinateurs quantiques traditionnels sont encore dans une décennie ou deux, ces progrès dans la technologie qubit montrent comment la technologie quantique ne sera pas bloquée indéfiniment dans les laboratoires et sera finalement ouverte au public. La manière dont les technologies quantiques affecteront les ingénieurs électroniques reste inconnue, car nous ne savons pas jusqu'où ira l'intégration quantique.

Seront-ils intégrés dans des microcontrôleurs? Les appareils devront-ils déployer la sécurité quantique? Seul le temps nous le dira.



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