Ils créent le silicium le plus pur au monde, base de la prochaine « révolution quantique »

Aujourd’hui, un groupe composé de chercheurs des universités de Manchester (Royaume-Uni) et de Melbourne (Australie) a franchi une étape qui pourrait être cruciale pour créer les ordinateurs quantiques du futur : un silicium si pur qu’il augmente la durée de vie de, jusqu’à présent, des qubits éphémères, ce qui signifie qu’ils comportent moins d’erreurs. Les résultats viennent d’être publiés dans ‘Matériel de communication‘, appartenant au magazine ‘Nature’.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

Les ordinateurs classiques – ceux que nous utilisons tous – parlent un langage appelé « bits » : en utilisant une combinaison de circuits électriques et logiques, ils traitent et stockent des informations, représentées par des uns et des zéros, en fonction de la présence ou de l’absence d’un signal électrique. En informatique quantique, ces bits sont différents : comme le chat de Schrödinger, vivant et mort à la fois, ces bits quantiques (qubits) peuvent être à la fois des zéros et des uns. Et cela leur permet, contrairement aux ordinateurs classiques, qui effectuent des calculs après les autres, de réaliser tous les calculs en même temps. C’est pourquoi la quantité d’informations et la manière dont elles sont traitées augmentent de façon exponentielle, ouvrant la possibilité de calculs très complexes à une vitesse inégalée par les systèmes classiques.

Par exemple : dix qubits ont la même puissance de traitement que 1 024 bits dans un ordinateur normal. Et ce n’est pas tout : ils peuvent potentiellement occuper un volume beaucoup plus réduit, de l’ordre du millimètre. La différence est telle que le terme controversé de « suprématie quantique » a même été inventé pour désigner les tâches exécutées par des systèmes quantiques qui, en pratique, sont impossibles à résoudre pour les ordinateurs classiques (essentiellement parce qu’ils utiliseraient tellement de ressources et beaucoup de temps – sur le plan informatique). de l’ordre de milliers d’années – qu’il serait impossible de les utiliser dans ces cas-là).

Mais tout n’est pas si simple. Pour que cela fonctionne, les qubits ne peuvent pas être « perturbés » (ou cela se produirait comme cela se produit lorsque l’on ouvre la boîte du célèbre chat de Schrödinger, qui cesse d’être vivant et mort en même temps pour n’être que dans l’un de ces deux états, cessant d’être quantique). Très sensibles, ils nécessitent un environnement stable (propre d’impuretés et à très basse température) pour conserver les informations qu’ils contiennent. Même de petits changements dans votre environnement, y compris des fluctuations de température, peuvent provoquer des erreurs informatiques et mettre hors service l’ensemble de votre système.

Et plus il y a de qubits, plus il y a d’erreurs. Les scientifiques pensent qu’un ordinateur quantique pleinement fonctionnel aura besoin d’environ un million de qubits, ce qui représente un grand nombre d’unités susceptibles de tomber en panne.

La clé : le silicium

Le silicium est le matériau fondamental de l’informatique classique en raison de ses propriétés semi-conductrices. Bien qu’il existe différentes méthodes pour aborder les systèmes quantiques, les auteurs de cette étude estiment que ce matériau pourrait également être utilisé dans les prochains ordinateurs de ce type. En fait, les scientifiques ont passé les 60 dernières années à apprendre à concevoir du silicium pour qu’il fonctionne au maximum de ses capacités ; Cependant, les défis s’accentuent encore plus si l’on parle d’informatique quantique.

Le silicium naturel (Si) est constitué de trois atomes de masses différentes (appelés isotopes) : le silicium 28, 29 et 30. Cependant, le Si-29, qui représente environ 5 % du silicium, provoque un effet de « déplacement nucléaire ». ce qui fait perdre des informations au qubit. Ces nouveaux travaux ont permis de trouver un moyen de concevoir le silicium pour éliminer les isotopes 29 et 30, ce qui en fait le silicium le plus pur au monde et ouvrant la voie à la création d’un million de qubits qui, selon les auteurs, « pourraient être fabriqués à partir de la taille d’un objet ». la tête d’une épingle.

«Le grand avantage de l’informatique quantique sur silicium est qu’elle utilise les mêmes techniques que celles utilisées pour fabriquer des puces électroniques, actuellement au sein d’un ordinateur commun composé de milliards de transistors. Ce matériau peut être utilisé pour créer des qubits de silicium de haute qualité, jusqu’à présent limités en partie par la pureté du matériau. Cette idée résout le problème », déclare Ravi Acharya, doctorant à l’Université de Manchester et l’un des auteurs de la recherche.

Des qubits qui survivent au-delà de 30 secondes

Dans une recherche précédemment publiée dans ‘Nature Nanotechnologie», l’Université de Melbourne a établi (et détient toujours) le record mondial de cohérence d’un seul qubit – le temps pendant lequel il peut survivre sans « corruption » – de 30 secondes en utilisant du silicium moins hautement purifié. Ce temps est suffisant pour effectuer des calculs quantiques complexes et sans erreur.

«Maintenant que nous pouvons produire du silicium-28 extrêmement pur, notre prochaine étape consistera à démontrer que nous pouvons maintenir simultanément la cohérence quantique pour de nombreux qubits.» “Un ordinateur quantique fiable avec seulement 30 qubits dépasserait la puissance des supercalculateurs actuels pour certaines applications”, explique David Jamieson, de l’Université de Melbourne et auteur de l’étude.

La nouvelle capacité offre une feuille de route vers des dispositifs quantiques évolutifs dotés de performances et de capacités inégalées et promet de transformer les technologies d’une manière difficile à imaginer. «Maintenant que nous pouvons produire du silicium-28 extrêmement pur, notre prochaine étape consistera à démontrer que nous pouvons maintenir simultanément la cohérence quantique pour de nombreux qubits.» “Un ordinateur quantique fiable doté de seulement 30 qubits serait déjà capable de surpasser la puissance des meilleurs ordinateurs classiques actuels pour certaines applications”, déclare David Jamieson de l’Université de Melbourne. “Notre technique ouvre la voie à des ordinateurs quantiques robustes qui promettent des changements radicaux dans la société, notamment dans les domaines de l’intelligence artificielle, des données et communications sécurisées, de la conception de vaccins et de médicaments, de la consommation d’énergie, de la logistique et de la fabrication.”