Il existe un fort consensus sur le fait que pour résoudre les problèmes les plus utiles avec un ordinateur quantique, il faudra que l’ordinateur soit capable de corriger les erreurs. Il n’y a cependant absolument aucun consensus sur la technologie qui nous permettra d’y parvenir. Un grand nombre d’entreprises, y compris des acteurs majeurs comme Microsoft, Intel, Amazon et IBM, se sont toutes engagées dans différentes technologies pour y parvenir, tandis qu’un ensemble de startups explorent une gamme encore plus large de solutions potentielles.
Nous n’aurons probablement pas une idée plus claire de ce qui est susceptible de fonctionner avant quelques années. Mais il y aura beaucoup de travaux de recherche et de développement intéressants d’ici là, dont certains pourraient à terme représenter des étapes clés dans le développement de l’informatique quantique. Pour vous donner une idée de ce travail, nous allons examiner trois articles publiés au cours des dernières semaines, chacun abordant un aspect différent de la technologie de l’informatique quantique.
Des trucs chauds
La correction des erreurs nécessitera de connecter plusieurs qubits matériels pour agir comme une seule unité appelée qubit logique. Cela répartit un seul bit d’informations quantiques sur plusieurs qubits matériels, ce qui le rend plus robuste. Des qubits supplémentaires sont utilisés pour surveiller le comportement de ceux qui détiennent les données et effectuer les corrections nécessaires. Certains systèmes de correction d’erreurs nécessitent plus d’une centaine de qubits matériels pour chaque qubit logique, ce qui signifie que nous aurions besoin de dizaines de milliers de qubits matériels avant de pouvoir faire quoi que ce soit de pratique.
Un certain nombre d’entreprises se sont penchées sur ce problème et ont décidé que nous savions déjà comment créer du matériel à cette échelle – il suffit de regarder n’importe quelle puce de silicium. Ainsi, si nous pouvions graver des qubits utiles via les mêmes processus que ceux que nous utilisons pour fabriquer les processeurs actuels, la mise à l’échelle ne serait pas un problème. En règle générale, cela impliquait de fabriquer des points quantiques à la surface des puces de silicium et de les utiliser pour stocker des électrons uniques pouvant contenir un qubit dans leur spin. Le reste de la puce contient des circuits plus traditionnels qui effectuent l’initiation, le contrôle et la lecture du qubit.
Cela crée un problème notable. Comme beaucoup d’autres technologies de qubits, les points quantiques doivent être maintenus en dessous de 1 Kelvin afin d’empêcher l’environnement d’interférer avec le qubit. Et, comme le savent tous ceux qui ont déjà possédé un ordinateur portable x86, tous les autres circuits sur le silicium génèrent de la chaleur. Il existe donc une possibilité très réelle qu’essayer de contrôler les qubits fasse monter la température au point que les qubits ne puissent plus conserver leur état.
Ce n’est peut-être pas le problème que nous pensions, selon certains travaux publiés dans Nature de mercredi. Une grande équipe internationale comprenant des personnes de la startup Diraq a montré qu’un processeur de points quantiques en silicium peut bien fonctionner à la température relativement chaude de 1 Kelvin, en hausse par rapport au milliKelvin habituel auquel ces processeurs fonctionnent normalement.
Le travail a été effectué sur un prototype de deux qubits fabriqué avec des matériaux spécifiquement choisis pour améliorer la tolérance au bruit ; la procédure expérimentale a également été optimisée pour limiter les erreurs. L’équipe a ensuite effectué des opérations normales à partir de 0,1 K et a progressivement augmenté les températures jusqu’à 1,5 K, vérifiant ainsi les performances. Ils ont constaté qu’une source majeure d’erreurs, la préparation et la mesure de l’état (SPAM), ne changeait pas de façon spectaculaire dans cette plage de température : « Le SPAM autour de 1 K est comparable à celui des températures millikelvins et reste utilisable au moins jusqu’à 1,4 K. »
Les taux d’erreur qu’ils ont constatés dépendaient de l’état qu’ils préparaient. Un État particulier (tous deux en spin-up) avait une fidélité de plus de 99 pour cent, tandis que les autres étaient moins contraints, quelque part au-dessus de 95 pour cent. Les États avaient une durée de vie de plus d’une milliseconde, ce qui est considéré comme une durée de vie longue dans le monde quantique.
Tout cela est plutôt bon et suggère que les puces peuvent tolérer des températures de fonctionnement raisonnables, ce qui signifie que les circuits de contrôle sur puce peuvent être utilisés sans causer de problèmes. Les taux d’erreur des qubits matériels sont encore bien supérieurs à ceux qui seraient nécessaires pour que la correction d’erreurs fonctionne. Cependant, les chercheurs suggèrent qu’ils ont identifié des processus d’erreur qui peuvent potentiellement être compensés. Ils s’attendent à ce que la capacité de fabriquer à l’échelle industrielle aboutisse à terme à un matériel fonctionnel.