Alors que les ordinateurs quantiques sont à la pointe des discussions sur les innovations technologiques, une équipe de chercheurs présente une méthode qui pourrait changer la donne en matière de systèmes quantiques évolutifs.
Leur méthode s’appuie sur un mécanisme d’adressage similaire à un échiquier, permettant de contrôler un grand nombre de points quantiques avec un nombre réduit de lignes de contrôle.
Le défi de l’adressage dans la technologie quantique
Les points quantiques peuvent être utilisés pour stocker des qubits, les éléments fondamentaux d’un ordinateur quantique. Jusqu’à présent, chaque qubit nécessitait sa propre ligne d’adressage et son propre système de contrôle électronique, ce qui est fortement impraticable.
Cette limitation est particulièrement notable si on la compare à la technologie informatique actuelle, où des milliards de transistors peuvent être opérés avec seulement quelques milliers de lignes.
Une méthode d’adressage inspirée des échecs
L’équipe de QuTech, une collaboration entre l’Université de Technologie de Delft et TNO, a développé une méthode d’adressage pour les points quantiques qui s’inspire du jeu d’échecs. Tout comme les positions des pièces sur un échiquier sont définies par une combinaison de lettres et de chiffres, les points quantiques peuvent être adressés en utilisant une combinaison de lignes horizontales et verticales.
Le premier auteur Francesco Borsoi explique: « Cette nouvelle manière d’adresser les points quantiques est avantageuse pour passer à de nombreux qubits. Si un seul qubit est contrôlé et lu à l’aide d’un seul fil, des millions de qubits nécessiteraient des millions de lignes de contrôle. »
Augmentation de la quantité et de la qualité des qubits
Non seulement une grande quantité de qubits est nécessaire pour le développement futur des ordinateurs quantiques, mais la qualité de ces qubits est également cruciale. Menno Veldhorst, dernier auteur et principal enquêteur, indique: « Ces types de qubits peuvent être opérés avec une fidélité de 99,992%, ce qui représente une erreur moyenne de moins de 1 sur 10 000 opérations. »
Applications précoces dans la simulation quantique
L’informatique quantique n’en étant qu’à ses débuts, il convient de s’interroger sur 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, puisque 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.
« Dans une autre publication récente, nous avons montré qu’un réseau de points quantiques de germanium peut être utilisé pour la simulation quantique » commente Menno Veldhorst. Ce travail est la première simulation quantique cohérente qui utilise des matériaux de fabrication de semi-conducteurs standard.
Il ajoute : « Nous sommes en mesure de réaliser des simulations rudimentaires de liaisons de valence résonnantes« .
Bien que cette expérience n’ait porté que sur un petit dispositif, l’exécution de telles simulations sur un système de grande taille pourrait permettre de répondre à des questions de longue date en physique.
Futurs travaux
Et M. Veldhorst de conclure : « Il est passionnant de constater que nous avons franchi plusieurs étapes dans la mise à l’échelle de systèmes plus grands, en améliorant les performances et en obtenant des opportunités dans le domaine de l’informatique quantique et des simulations. La question reste ouverte de savoir quelle taille nous pouvons donner à ces circuits en échiquier et, en cas de limite, s’il est possible d’en interconnecter un grand nombre à l’aide de liens quantiques pour construire des circuits encore plus grands. »
En synthèse
Cette nouvelle méthode d’adressage offre une solution viable pour surmonter certains des défis majeurs associés à l’évolution des ordinateurs quantiques. Elle ouvre la porte à des systèmes quantiques plus grands et plus performants, et présente des applications prometteuses en matière de simulation quantique.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un point quantique ?
Un point quantique est une structure nanoscopique qui peut être utilisée pour stocker un qubit dans un ordinateur quantique.
En quoi consiste l’adressage en échiquier ?
L’adressage en échiquier consiste à utiliser une combinaison de lignes horizontales et verticales pour adresser des points quantiques, similairement à la manière dont les cases d’un échiquier sont définies.
Quel est l’impact de cette recherche sur les ordinateurs quantiques ?
Cette recherche a le potentiel de simplifier considérablement la manière dont les qubits sont adressés et contrôlés, ce qui est crucial pour la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques.
Qu’est-ce que la fidélité d’un qubit ?
La fidélité d’un qubit mesure sa capacité à exécuter des opérations avec un faible taux d’erreur. Une fidélité élevée est nécessaire pour des calculs quantiques précis.
Quels sont les avantages de l’utilisation du germanium ?
Le germanium présente de nombreuses propriétés favorables pour les opérations quantiques, y compris une fidélité élevée pour les qubits.
Légende illustration principale : Photographie de la puce quantique hébergeant le réseau de 16 points quantiques, intégré de manière transparente 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 composé de lettres et de chiffres. Crédit photo : Marieke de Lorijn pour QuTech.
Borsoi, et al. Shared control of a 16 semiconductor quantum dot crossbar array, Nature Nanotechnology (2023). DOI
