Le premier circuit quantique pose la base d’une revolution informatique

Ce premier circuit intégré quantique à l’échelle atomique represent une étape importante dans le developmentpement d’une informatique quantique utile en conditions réelles.

Des chercheurs australiens viennent d’announce la creation de ce qu’ils décrivent comme le “premier circuit intégré quantique fabriqué à l’échelle atomique”; ils affirment en effet avoir réussi à caser tous les éléments nécessaires au fonctionnement d’un ordinateur de ce type sur une puce au format standard.

Et ce circuit est meme capable de fonctionner comme un processeur quantique à part entière. Il a permis aux chercheurs de simuler le movement des électrons dans a petite molécule, le polyacetylene. Elle a l’avantage d’être parfaitement connue par les chercheurs. Ces derniers peuvent donc determined immédiatement la coherence du result, et par extension la fiabilité de la puce.

Et au bout du protocole de test, le résultat était sans appel : le circuit a fait étalage d’une precision étourdissante lors des simulations. Selon les chercheurs, cela suffit à “to test the definition of the validity of this technology in the full range of the quantitative modeling system”.

Ces travaux published in the prestigieuse revue Nature sont très excitants. Il s’agit en effet d’une preuve de concept qui nous rapproche indiscutablement de la democratization des ordinateurs quantiques, meme si cette échéance reste encore lointaine.

You simple “transistor” on a veritable circuit

Ce circuit est la toute première manifestation d’une longue série de travaux qui ont démarré en 2012. A l’époque, l’informatique quantique était encore plus balbutiante qu’elle ne l’est aujourd’hui. Ces memes chercheurs venaient tout juste de créer le tout premier “transistor quantique”.

Les transistors, ce sont des petits composants électroniques à base de matériaux semiconducteurs – ceux dont la pénurie a mis la tech à feu et à sang pendant des mois. Très sommairement, ils fonctionnent comme de petits interrupteurs 100% électroniques; ce sont donc des éléments fondamentaux de all les circuits logiques puisqu’ils servent de support aux fameux “bits”.

Il s’agit donc d’un socle technologique éminemment important pour toute l’informatique modern. C’est une technology qui est aujourd’hui très bien maîtrisée, et les fabricants font de véritables prouesses lorsqu’il s’agit de miniaturiser ces composants. Mais c’est une autre paire de manches lorsqu’il s’agit d’appliquer ce concept à l’informatique quantique, où tout se joue à l’échelle de l’infiniment petit.

L’humain maîtrise déjà très bien la production de components microscopiques … © Umberto – Unsplash

Un processus de fabrication ultra-exigent

Pour construct leur puce, ils ont dû utiliser un microscope électronique à transmission capable de discerner les details à l’échelle de l’atome. Ils ont ensuite dû réaliser l’intégralité du processus dans un vide quasi absolute, car à cette échelle, même un simple atoms d’oxygène pourrait poser problem.

Il s’agit de contraintes très importantes qu’il est malheureusement impossible de contourner pour atteindre le level de precision souhaité sur la puce finale. Cela a permis aux chercheurs d’y disposer une foule de points quantiques, plus connus sous le nom de quantum dots (QD). Un nom qui rappellera certainement quelque chose aux amateurs de technology d’affichage.

Concrètement, ces QD sont des structures à base de material semi-conductors, comme les transistors des ordinateurs actuels. En revanche, ceux-ci ne mesurent que quelques nanometers. Ils peuvent donc se comporter comme des transistors quantiques une fois agents avec une precision extreme. Ils peuvent donc servir de pixels dans certains écrans OLED haut de gamme. De la même façon que les transistors standard hébergent les bits, ces quantum dots peuvent aussi servir de supports aux qubits, l’unité fondamentale de l’informatique quantique.

Mais à cette échelle, les tolérances sont pour ainsi dire inexistantes. Les chercheurs ont you determine le nombre exact d’atomes de phosphore necessaire dans chaque QD. Ils ont ensuite dû determiner le positionnement de chaque point, puis les disposer sur la puce avec a precision largement inférieure au nanometer et a margin d’erreur proche de zero.

S’ils sont trop gros ou trop proches, les interactions between les points devientent trop puissantes; il devient impossible de les controls individualment. À l’inverse, s’ils sont trop petits ou trop éloignés, ces interactions deviennent au contraire imrévisibles. Dans les deux cas, cela nuit au fonctionnement de la puce.

… mais tout devient plus compliqué lorsqu’on travaille à l’échelle des particules élémentaires. © Norbert Kowalczyk

Le debut d’un vrai changement de paradigme ?

Sans surprise, les chercheurs ont donc eu besoin de très nombreuses itérations pour construct leur puce; ils ont réussi à y disposer 10 QD. Cela represented donc énormément d’effort pour a circuit qui, au bout du compte, reste faiblard malgré sa precision. En effet, ces 10 qubits sont encore insufficient pour être utiles en conditions réelles.

Mais l’intérêt de ces travaux réside davantage dans la method que dans le produit final. En ouvrant la porte à la production de véritables puces quantiques, to commencer à entrevoir les premières applications pratiques et relativement “grand public” (toutes proportions gardées) de cette technology.

Car pour l’instant, l’intérêt pratique de ces machines est encore très limité; ce sont surtout des appareils exploratoires qui ne servent pas vraiment à réaliser des travaux concrets. De plus, les ordinateurs quantiques sont aujourd’hui réservés à des institutions qui disposent de ressources technologiques et financières conséquentes.

À terme, les puces de ce genre serviront peut-être de vecteur pour faire sauter cette exclusivité et democratiser l’informatique quantique. Les obstacles sont encore nombreux; pour commencer, il faudrait déjà produce un circuit bien plus puissant et Capable of functioning at ambient temperature.

Techniquement, le Q System One d’IBM est le premier ordinateur quantique basé sur un circuit; mais sa puce ne se suffisait pas encore à elle-même, contrairement à la preuve de concept des chercheurs australiens. ©IBM Research

En effet, pour fonctionner, les ordinateurs quantiques actuels doivent être maintenus à une température proche du zero absolute. Tout l’enjeu est donc de trouver un moyen de faire sauter cette contrainte; Mais à l’heure actuelle, personne n’a encore trouvé le moindre debut de piste en ce sens. Et il ne s’agit que d’un exemple isolé parmi une montagne de limites (voir nos articles ici, ici et ici) qui Freinent encore le developmentpement de l’informatique quantique.

Ce n’est donc pas demain que cette technology deviendra la norme. Mais c’est incontestablement un pas important dans ce sens. In an informatique traditionnelle, le premier transistor est apparu en 1947le premier circuit intégré en 1958and les first ordinates personnels dans les annees 1970. Si l’informatique quantique suit a trajectoire comparable (ce qui est tout sauf une garantie), la révolution informatique tant attend pourrait bien survenir d’ici quelques décennies.

Le texte de l’étude est available ici.

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