Une fois pleinement réalisés, les ordinateurs quantiques propulseront l’humanité à travers des problèmes qui semblent impossibles à résoudre aujourd’hui. Mais même les problèmes impossibles ont un moyen de s’avérer possibles, avec suffisamment de temps : tout comme les humains pouvaient voler semblait impossible avant que les frères Wright ne réécrivent le futur.
L’une des principales limitations des qubits d’aujourd’hui est qu’ils peuvent très rapidement décohérer – passer d’un état où ils fournissent un travail pratique à un état où les calculs ne fournissent pas de résultats précis. C’est donc un autre type de course contre la montre, celle où les chercheurs de l’Institut japonais des sciences moléculaires se sont maintenant hissés à la première place. (s’ouvre dans un nouvel onglet) en battant le précédent record de l’opération de porte à deux qubits la plus rapide jamais réalisée en informatique quantique. (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Les qubits, comme leur nom l’indique, sont l’équivalent quantique du bit binaire qui a propulsé notre révolution technologique. La puissance particulière des qubits est qu’ils n’ont pas besoin d’être fixés à une valeur de un ou zéro. Au lieu de cela, ils ont la capacité supplémentaire de pouvoir représenter à la fois un et zéro. Il permet aux qubits de fournir beaucoup plus de travail par unité de temps que le bit de base. Il a déjà permis aux calculs du monde réel (tels que le Sensor Placement Challenge de BMW) de faire en six minutes ce qui prendrait exponentiellement plus de temps à nos ordinateurs les plus puissants.
Une opération de porte à deux qubits est l’arrangement de qubits le plus fondamental (et le premier dans l’échelle des avantages), et elle nécessite que les deux qubits soient intriqués – ce qui simplifie énormément les choses ; cela signifie essentiellement que leur état est partagé (ou cohérent). Comme nous l’avons vu, cependant, les systèmes quantiques d’aujourd’hui sont sujets au bruit (comme le rayonnement environnemental, entre autres). Le bruit peut amener leur enchevêtrement à décohere, ce qui va tâtonner quelle que soit l’opération qu’ils exécutent (rappelez-vous quand vous avez trop overclocké votre PC et que Prime95 a renvoyé une erreur ? C’est une façon de le dire.
Il existe deux façons de traiter ce problème : soit nous effectuons les opérations plus rapidement – avant que la décohérence n’ait le temps de s’installer, généralement à l’échelle de la microseconde – soit nous augmentons la longévité de l’intrication du qubit. Les chercheurs japonais ont opté pour la première approche.
À l’aide de lasers, les chercheurs ont refroidi deux atomes-qubits fabriqués à partir de l’élément Rubidium (étant les plus petites particules absolues d’une unité fondamentale, les atomes sont naturellement enclins aux fonctions quantiques) à des températures proches du zéro absolu (-273,15 ° C).
Ce n’est pas la seule technique de zéro absolu pour gérer les qubits ; la physique de celui-ci a à voir avec la vitesse à laquelle les molécules interagissent les unes avec les autres. À des températures plus élevées, ils interagissent plus rapidement et sont plus excitables. Les refroidir au vide équivalent de l’espace, en revanche, revient à les mettre en hibernation, ralentissant leurs interactions les unes avec les autres et avec l’environnement lui-même, augmentant ainsi les temps de cohérence. Bien sûr, comme un ours, ils sauteront toujours de cet état avec une poussée assez grande, mais peut-être qu’ils peuvent gérer une piqûre d’épingle ou deux.
Les chercheurs ont ensuite sécurisé ces atomes à un micromètre l’un de l’autre à l’aide de pincettes optiques, et un laser final a manipulé les qubits à des intervalles de dix picosecondes (un billionième de seconde). En utilisant cette technique, les chercheurs ont réussi à exécuter une opération de porte quantique, qui s’est terminée en 6,5 nanosecondes – moins de la moitié de l’opération de porte à deux qubits la plus rapide précédente, qui prenait 15 nanosecondes.
Mille nanosecondes tiennent dans une seule microseconde, il y avait donc beaucoup de temps entre l’enchevêtrement des qubits et la décohérence du système pour effectuer des calculs.
Bien que les travaux des chercheurs ne résolvent pas encore les problèmes de l’informatique quantique, c’est un pas dans la bonne direction. À tout le moins, cela montre qu’il reste encore des vitesses de fonctionnement plus rapides à débloquer dans le domaine quantique, ce qui devrait finalement faire évoluer les performances disponibles de cette nouvelle solution informatique émergente.
Il y a certaines mises en garde pratiques au système créé par les chercheurs. D’une part, ils n’ont réussi à s’emmêler et à fonctionner que sur deux qubits intriqués. IBM, par exemple, prévoit d’introduire son 433-qubit Balbuzard Quantum Processing Unit (QPU) cette année.
Une autre chose à noter est que les qubits d’atomes de rubidium employés par les chercheurs – et la technique qui a permis de battre le record du monde – nécessitent de refroidir le système vers le zéro absolu. C’est une entreprise coûteuse et difficile à reproduire dans le calcul haute performance (HPC) et d’autres environnements à travers le monde.
Il y a beaucoup de coureurs, et certaines technologies seront sans aucun doute développées plus lentement que d’autres, les laissant manger la poussière proverbiale de l’investissement en capital et en temps. Mais jusqu’à ce qu’il y ait une technologie qubit qui soit le leader incontesté – un peu comme le silicium l’était pour les semi-conducteurs au moment de leur introduction – la question restera ouverte.