2024-07-02 11:34:55
Pour Marie Benito (CSIC)*
Imaginez avoir un ordinateur capable d’effectuer des calculs à une vitesse stratosphérique. Ou pour résoudre immédiatement des problèmes qu’un ordinateur « normal » prendrait le même âge que l’univers pour résoudre. Cela semble intéressant, n’est-ce pas ?
Il ordinateur quantique promet de rendre tout cela possible en remplaçant les bits « ordinaires », les unités d’information de base ou « briques » avec lesquelles fonctionnent les ordinateurs conventionnels, par des bits « magiques ». coudées (de l’anglais : ‘qubit‘). Contrairement aux bits, qui ne peuvent prendre que les valeurs 1 ou 0, les qubits peuvent simultanément être dans une superposition d’états ou s’enchevêtrer… Et cela permettrait de réaliser immédiatement et efficacement des calculs très complexes.
Et pourquoi n’avons-nous pas déjà d’ordinateurs quantiques chez nous ? Et bien parce que, même s’ils travaillent depuis plus de 20 ans pour les réaliser, leurs briques sont plus délicates que les briques traditionnelles. Vous avez probablement fait tomber votre téléphone par terre à un moment donné, mais lorsque vous l’avez récupéré, vous avez été soulagé de constater qu’il fonctionnait toujours normalement. Je suis désolé de dire ça Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui sont beaucoup plus fragiles…
Obsédé par le bruit
Il existe différents types de qubits. À l’Institut de Microélectronique de Barcelone (IMB-CNM, CSIC), nous fabriquons qubits supraconducteurs. Pour qu’ils possèdent cette propriété de supraconductivité, ils doivent être refroidis en dessous de leur température critique : 1,2 degrés Kelvin dans le cas de l’aluminium.
Les lustres dorés brillants que vous voyez sur l’image remplissent cette fonction : ils cachent plusieurs étages ou niveaux à des températures décroissantes : 4 degrés Kelvin, 1 degré Kelvin… jusqu’à 0,02 degrés Kelvin ! Pour vous donner une idée, le vide de l’espace a la température la plus basse possible : 0 degré Kelvin, soit -273,15 degrés Celsius, un état caractérisé par l’absence d’énergie.
Ceux d’entre nous qui travaillent sur l’ordinateur quantique nous sommes obsédés par l’idée d’atteindre ces températures très basses, qui nécessitent une isolation thermique soignée par l’extérieur. ET également en « protégeant » l’intérieur de ces ordinateurs pour éviter tout autre type d’interférence, ou ce que nous considérons comme du bruit : rayonnement cosmique, rayonnement nucléaire, photons, champs magnétiques…
Et vous penserez : « quels paranoïaques… ». Peut-être, mais il y a une explication.
À l’intérieur de ces lustres, il peut y avoir des milliers de qubits effectuant des opérations continues. Et malheureusement, il arrive souvent que Ces qubits subissent un phénomène appelé « décohérence », par lequel ils perdent leur état quantique. Autrement dit : ce qui en fait quelque chose de « magique », des systèmes capables d’être dans une superposition d’états, disparaît complètement.
Sans entrer dans des détails excessifs, toutes ces sources de bruit accélèrent, par différents mécanismes, la décohérence des qubits supraconducteurs. Nous cherchons donc à les supprimer autant que possible pour avoir des qubits cohérents le plus longtemps possible.
Qubits de qualité
Des tentatives ont été faites depuis le blindage avec des matériaux qui ne permettent pas au champ magnétique de pénétrer jusqu’à la construction de ces ordinateurs sous terre pour arrêter le rayonnement cosmique. Mais ils continuent d’échouer… La réponse pourrait-elle se trouver dans la cage elle-même ? Autrement dit, pourrions-nous améliorer qualité des qubits de ses matériaux constitutifs ?
« Vous pouvez peindre votre maison avec la meilleure peinture ; si les fondations ne sont pas bonnes, vous n’obtiendrez jamais le meilleur résultat. » Cette phrase peut nous aider à illustrer ce qui se passe dans un ordinateur quantique : “Vous pouvez appliquer des milliers d’algorithmes pour éviter la décohérence, mais si le qubit n’est pas bon, vous n’obtiendrez jamais la puissance de calcul dont vous avez besoin.”
C’est pourquoi à l’IMB-CNM nous travaillons pour trouver la meilleure recette pour développer des qubits qui résistent ou minimisent la décohérence..
Notre qubits supraconducteurs Ils sont constitués d’une puce qui comprend une paire de « jonctions Josephson ». La puce est constituée d’un substrat et d’une fine couche d’aluminium ou d’un autre matériau supraconducteur. Les jonctions Josephson sont également constituées de deux couches d’aluminium ou d’un autre matériau supraconducteur séparées par un isolant, qui peut être l’oxyde d’aluminium lui-même.
Pour trouver le qubit recherché, nous utilisons différents substrats (le « fondement » d’un circuit intégré) ou changeons le matériau supraconducteur que nous déposons. Ce n’est pas simple, parce que quelque chose d’aussi « idiot » que le type de nettoyage que vous effectuez auparavant, ou les secondes qu’il prend à chaque étape du processus, sont décisifs pour le résultat final. Nous devons donc travailler sur un Salle blanche, un environnement hautement contrôlé qui sert à minimiser le nombre de particules contaminantes. Chaque répétition est un défi, mais aussi une expérience passionnante.
Serons-nous capables d’y parvenir ? C’est difficile à prédire, mais si les humains parvenaient à construire des gratte-ciel en utilisant du béton armé au lieu du bois, nous pourrons un jour fabriquer les meilleures briques d’informatique quantique.
* Marie Benito Elle est chercheuse prédoctorale au CSIC de l’Institut de Microélectronique de Barcelone (IMB-CNM).
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