Photographie de la puce quantique hébergeant le réseau de barres transversales de 16 points quantiques, parfaitement intégré à un motif d’échiquier. Chaque point quantique, comme un pion sur un échiquier, est identifiable et contrôlable de manière unique à l’aide d’un système de coordonnées de lettres et de chiffres. Crédit photo : Marieke de Lorijn pour QuTech. Crédit : Marieke de Lorijn pour QuTech
Une nouvelle approche pour traiter les points quantiques donne la possibilité d’augmenter le nombre de qubits dans les systèmes quantiques et représente une avancée majeure pour l’informatique quantique.
Les chercheurs ont développé un moyen de traiter de nombreux points quantiques avec seulement quelques lignes de contrôle en utilisant une méthode semblable à un échiquier. Cela a permis le fonctionnement du plus grand système de points quantiques défini par porte jamais réalisé. Leur résultat constitue une étape importante dans le développement de systèmes quantiques évolutifs pour une technologie quantique pratique.
Les points quantiques peuvent être utilisés pour contenir des qubits, les éléments fondamentaux d’un ordinateur quantique. Actuellement, chaque qubit nécessite sa propre ligne d’adressage et une électronique de contrôle dédiée. Ceci est très peu pratique et contraste fortement avec la technologie informatique actuelle, où des milliards de transistors fonctionnent avec seulement quelques milliers de lignes.
S’adresser comme un échiquier
Des chercheurs de QuTech, une collaboration entre l’Université de technologie de Delft (TU Delft) et le TNO, ont développé une méthode similaire pour traiter les points quantiques. Tout comme l’emplacement des pièces d’échecs est adressé à l’aide d’une combinaison de lettres (A à H) et de chiffres (1 à 8), leurs points quantiques peuvent être adressés à l’aide d’une combinaison de lignes horizontales et verticales. N’importe quel point sur un échiquier peut être défini et adressé en utilisant une combinaison spécifique d’une lettre et d’un chiffre. Leur approche fait passer l’état de l’art à un niveau supérieur et permet le fonctionnement d’un système de 16 points quantiques dans un réseau 4×4.
Le premier auteur, Francesco Borsoi, explique : « Cette nouvelle façon d’aborder les points quantiques est avantageuse pour une mise à l’échelle jusqu’à plusieurs qubits. Si un seul qubit est contrôlé et lu à l’aide d’un seul fil, des millions de qubits nécessiteront des millions de lignes de contrôle. Cette approche ne s’adapte pas très bien. Cependant, si les qubits pouvaient être contrôlés à l’aide de notre système de type échiquier, des millions de qubits pourraient être traités en utilisant « seulement » des milliers de lignes, ce qui correspond à un rapport très similaire à celui des puces informatiques. Cette réduction du nombre de lignes donne la possibilité d’augmenter le nombre de qubits et représente une avancée majeure pour les ordinateurs quantiques, qui nécessiteront à terme des millions de qubits.
Améliorer la quantité et la qualité
Les ordinateurs quantiques nécessiteront non seulement des millions de qubits, mais la qualité des qubits est également extrêmement importante. Menno Veldhorst, dernier auteur et chercheur principal : « Tout récemment, nous avons démontré que ces types de qubits peuvent être exploités avec une fidélité de 99,992 %. C’est le plus élevé de tous les systèmes de points quantiques et cela signifie une erreur moyenne inférieure à 1 pour 10 000 opérations. Ces progrès sont devenus possibles grâce au développement de méthodes de contrôle sophistiquées et à l’utilisation du germanium comme matériau hôte, qui possède de nombreuses propriétés favorables pour le fonctionnement quantique.
Première application en simulation quantique
L’informatique quantique étant à un stade précoce de développement, il est pertinent d’envisager la voie la plus rapide vers un avantage quantique pratique. En d’autres termes : quand un ordinateur quantique sera-t-il « meilleur » qu’un superordinateur conventionnel ? Un avantage évident peut être la simulation de la physique quantique, car l’interaction des points quantiques est basée sur les principes de la mécanique quantique. Il s’avère que les systèmes de points quantiques peuvent être très efficaces pour la simulation quantique.
Veldhorst : « Dans une autre publication récente, nous montrons qu’un ensemble de points quantiques en germanium peut être utilisé pour la simulation quantique. » Ce travail est la première simulation quantique cohérente utilisant des matériaux de fabrication semi-conducteurs standards. Veldhorst : « Nous sommes capables de réaliser des simulations rudimentaires de liaisons de valence résonantes ». Même si cette expérience était basée uniquement sur un petit appareil, l’exécution de telles simulations sur un grand système pourrait répondre à des questions de physique de longue date.
Travail futur
Veldhorst conclut : « Il est passionnant de voir que nous avons franchi plusieurs étapes pour passer à des systèmes plus grands, améliorer les performances et obtenir des opportunités dans le domaine de l’informatique quantique et des simulations. Une question ouverte reste quelle est la taille de ces circuits en échiquier et, au cas où il y aurait une limite, si nous pouvons en interconnecter un grand nombre à l’aide de liens quantiques pour construire des circuits encore plus grands.
