Les ingénieurs construisent le premier ordinateur quantique portable au monde alimenté au diamant : il fonctionne à température ambiante et peut être branché sur une prise.

Une startup allemande a lancé le premier système informatique quantique au monde basé sur le diamant à dépasser 10 qubits.

La machine, construite par les ingénieurs de Saxon Q, est un ordinateur quantique à azote (NV), ce qui signifie qu’elle utilise les défauts des diamants synthétiques comme bits quantiques (qubits) pour effectuer des opérations quantiques. Les qubits peuvent être manipulés pour représenter les 0 et les 1 des données, ainsi que les états quantiques qui sont superpositions des 0 et des 1.

Le matériel est actuellement disponible dans des systèmes montés en rack comportant jusqu’à 128 qubits, avec des configurations de 512 qubits disponibles pour livraison l’année prochaine. Selon la société carte routièrel’objectif est d’atteindre 10 000 qubits et au-delà après 2030.

Bien que la technologie existait avant ces débuts, les scientifiques ont eu du mal à construire des systèmes au-delà de 10 qubits en raison de la difficulté de créer des qubits de lacunes d’azote.

Bien que Live Science ait consulté un livre blanc technique décrivant le fonctionnement de la technologie, il ne semble pas y avoir eu de recherche publiée démontrant un ordinateur quantique fonctionnel basé sur l’architecture NV fonctionnant avec plus de 10 qubits avant ce lancement. On ne sait toujours pas exactement dans quelle mesure les ordinateurs quantiques de l’entreprise se comparent aux autres plates-formes.

Mécanique quantique et diamants défectueux

Dans les années 1970, les scientifiques ont découvert que certains diamants brillaient d’une lumière rouge éclatante lorsqu’il est éclairé d’une manière spécifique. Des recherches ultérieures ont déterminé que le déplacement optique était causé par des dommages causés par le rayonnement de recuit qui attiraient des atomes d’azote de substitution isolés. En d’autres termes, la nature produit occasionnellement un diamant qui possède un atome d’azote là où devrait se trouver un atome de carbone.

Les atomes d’azote non intégrés sont attirés vers les lacunes des atomes de carbone par ailleurs parfaitement ordonnés à l’intérieur du diamant. Bien que ces diamants défectueux soient rarement présents dans la nature, les scientifiques peuvent créer des diamants comportant des lacunes en azote en laboratoire.

Sur le plan fonctionnel, les atomes d’azote uniques à l’intérieur des lacunes agissent comme s’ils étaient « piégés » et leurs électrons peuvent « tourner » indépendamment des électrons à l’intérieur des atomes de carbone environnants.

Les scientifiques exploitent cette fonction de « rotation » en utilisant des lasers spéciaux pour placer les électrons de l’atome d’azote dans un état spécifique qu’ils mesurent comme « zéro ». Ils peuvent ensuite utiliser des impulsions micro-ondes pour manipuler avec précision les électrons dans de nombreuses configurations, y compris des états quantiques que les « bits » binaires ne peuvent pas atteindre.

Marius Grundmannprofesseur de physique expérimentale à l’université de Leipzig et co-fondateur de Saxon Q, a déclaré que la percée qui a permis à son entreprise de dépasser la barrière des 10 qubits était une découverte de matériaux.

Lorsque l’équipe Saxon Q crée un espace libre à l’intérieur de ses diamants synthétiques, elle co-implante du soufre. Selon Grundman, « C’est le point technologique clé. Parce que le soufre élève le potentiel chimique à un point tel qu’il est chargé négativement. Le soufre fournit l’électron; le soufre crée également le vide attaché à l’azote avec un rendement très élevé. « 

En d’autres termes, en co-implantant des atomes de soufre, les chercheurs de Saxon Q peuvent exprimer un plus grand contrôle sur les qubits individuels. Une fois que les qubits sont réglés avec des lasers et soumis à des impulsions micro-ondes, ils sont prêts pour la correction d’erreurs. Dans un déclarationles représentants de Saxon Q ont déclaré que les qubits atteignaient un taux de fidélité de 99,92 % – moins d’une erreur pour 1 000 opérations – avant correction des erreurs.

Cependant, Grundmann a déclaré à Live Science que les derniers chiffres du 22 juillet montraient une fidélité de 99,98 % dans les opérations sur un seul qubit. C’est comparable aux résultats de correction d’erreurs de pointe rapportés par d’autres laboratoires d’informatique quantique, tels que ceux de IBM et MITmême s’il n’a pas été possible de vérifier les résultats de manière indépendante.

Informatique quantique à température ambiante

Il est difficile de comparer les systèmes NV à base de diamant de Saxon Q avec des plates-formes informatiques quantiques plus établies, telles que les qubits supraconducteurs. Les recherches les plus récentes sur les systèmes NV se sont concentrées sur applications de détection quantiquebien qu’au moins un étude de prépublication discute des systèmes hybrides NV/supraconducteurs.

« Nous disposons d’un ordinateur quantique pleinement fonctionnel », a déclaré Grundmann à Live Science. Selon Grundmann, les ordinateurs quantiques de l’entreprise sont comparables à ceux utilisant d’autres modalités. « Nous disposons d’un ordinateur quantique capable d’exécuter du code quantique accessible via le réseau. Il s’agit d’un système multi-utilisateur, multitâche et multicœur », a-t-il déclaré.

Si les systèmes Saxon Q s’avèrent finalement comparables aux architectures informatiques quantiques à semi-conducteurs existantes, ils feraient partie de la première génération d’ordinateurs quantiques à température ambiante à atteindre des performances similaires à celles des systèmes nécessitant une cryogénie et une surveillance sur site.

La facilité de configuration est remarquable. Les appareils Saxon Q peuvent être insérés dans un rack informatique standard et branchés directement sur une alimentation en courant alternatif.

Cela offre un avantage évident à court terme aux clients qui souhaitent exécuter des algorithmes sur un système quantique sans passer par le cloud. Grundmann a déclaré que cela pourrait être particulièrement important dans les scénarios d’informatique de pointe, tels que la conduite autonome ou la robotique, où la communication dans le cloud pourrait produire une latence inacceptable.

Recherche comparant les systèmes quantiques à l’état solide indique que les ordinateurs quantiques supraconducteurs fonctionneraient généralement plus rapidement que les systèmes NV à base de diamant. On ne sait cependant pas exactement quel serait le compromis entre la vitesse de traitement et la latence du cloud, ni si ce problème pourrait être résolu par une mise à l’échelle.

Le défi actuel pour faire évoluer les ordinateurs quantiques NV à base de diamant au-delà de la plage de 512 qubits réside dans la taille des puces. Les puces actuelles de Saxon Q sont limitées à la prise en charge de huit ou 16 qubits. Pour des systèmes plus puissants, les scientifiques devront regrouper des centaines, voire des milliers, de qubits sur une seule matrice pour prendre en charge les opérations nécessitant des centaines de milliers, voire des millions de qubits.

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