Les scientifiques ont développé un nouveau type de puce informatique qui supprime un obstacle majeur à ordinateurs quantiques, permettant à la première fois de placer des millions de qubits et leurs systèmes de contrôle sur le même appareil.
La nouvelle puce de contrôle fonctionne à des températures cryogéniques à proximité de zéro absolu (Environ moins 459,67 degrés Fahrenheit, ou moins 273,15 degrés Celsius) et, surtout, peut être placé près de qubits sans perturber leur état quantique.
« Ce résultat a été plus d’une décennie de la fabrication, renforçant le savoir-faire pour concevoir des systèmes électroniques qui dissipent de minuscules quantités de puissance et fonctionnent près d’Absolute Zero », a déclaré le chercheur principal David Reillyle professeur de l’Université de Sydney Nano Institute et de l’école de physique, a déclaré dans un communiqué.
Les scientifiques ont décrit le résultat comme une « preuve vitale du principe » pour l’intégration des composants quantiques et classiques dans la même puce – une étape majeure vers le type de processeurs pratiques et évolutifs nécessaires pour faire de l’informatique quantique une réalité. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 25 juin dans la revue Nature.
Les qubits sont le quantum Équivalent des bits binaires trouvés dans les ordinateurs classiques d’aujourd’hui. Cependant, lorsqu’un bit classique peut représenter 0 ou 1, un qubit peut exister dans un « superposition« des deux états. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer plusieurs calculs en parallèle, ce qui les rend capables de résoudre des problèmes bien au-delà de la portée des ordinateurs d’aujourd’hui.
Spin Qubits, un type de qubit qui code les informations l’état de spin d’un électron, ont piqué l’intérêt des scientifiques parce qu’ils peut être construit en utilisant Technologie complémentaire de métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS).
Il s’agit du même processus utilisé pour fabriquer les puces trouvées à l’intérieur des smartphones et des PC modernes. En théorie, cela rend les qubits de spin beaucoup plus faciles à produire à grande échelle car il se glisse dans les méthodes de fabrication normales.
D’autres ordinateurs quantiques utilisent différents types de qubits, notamment supraconducteur, photonique ou piégé Qubits. Mais contrairement à ces autres types, les qubits de spin peuvent être fabriqués à grande échelle en utilisant l’équipement existant.
Cependant, les qubits de spin doivent être conservés à des températures inférieures à 1 Kelvin (juste au-dessus du zéro absolu) pour préserver la «cohérence». C’est la capacité d’une qubit à maintenir la superposition et enchevêtrement Au fil du temps, et ce qui est nécessaire pour déverrouiller la puissance de traitement parallèle qui rend l’informatique quantique si prometteuse. Les qubits de spin ont également besoin d’un équipement électronique pour mesurer et contrôler leur activité.
« Cela nous emmènera du domaine des ordinateurs quantiques étant des machines de laboratoire fascinantes au stade où nous pouvons commencer à découvrir les problèmes du monde réel que ces appareils peuvent résoudre pour l’humanité », a ajouté Reilly.
La route vers une puce à million de quilles
L’intégration de l’électronique requise pour contrôler et mesurer les qubits de spin a longtemps posé un défi, car même de petites quantités de chaleur ou d’interférence électrique peuvent perturber l’état quantique fragile des Qubits.
Mais cette nouvelle puce CMOS personnalisée est conçue pour fonctionner dans des environnements cryogéniques et à des niveaux de puissance ultra-bas, ce qui signifie qu’il peut être intégré à une puce aux côtés de Qubits sans introduire un bruit thermique ou électrique qui autrement interrompait la cohérence.
Dans les tests, les chercheurs ont effectué des opérations de porte à une seule gate et à deux qubit avec la puce de commande positionnée à moins de 1 millimètre (0,04 pouces) des Qubits. La puce de contrôle n’a introduit aucun bruit électrique mesurable et n’a provoqué aucune baisse de précision, de stabilité ou de cohérence, ont déclaré les chercheurs.
De plus, la puce de contrôle n’a consommé que 10 microwatts (0,00001 watts) de puissance au total, avec les composants analogiques – utilisés pour contrôler les qubits avec des impulsions électriques – en utilisant 20 nanowatts (0,00000002 watts) par mégahertz.
« Cela valide l’espoir que les qubits peuvent être contrôlés à grande échelle en intégrant l’électronique complexe à des températures cryogéniques », a déclaré Reilly.
« Cela nous emmènera du domaine des ordinateurs quantiques étant des machines de laboratoire fascinantes au stade où nous pouvons commencer à découvrir les problèmes du monde réel que ces appareils peuvent résoudre pour l’humanité », a-t-il ajouté.
« Nous voyons de nombreuses utilisations diverses de cette technologie, couvrant des systèmes de détection à court terme aux centres de données de l’avenir. »
Les résultats pourraient inciter davantage à explorer la puissance des qubits de spin.
« Maintenant que nous avons montré que Milli-Kelvin Control ne dégrade pas les performances des portes quantiques à un et deux qubit, nous nous attendons à ce que beaucoup suivront notre exemple », co-auteur de l’étude Kushal Dasingénieur de matériel senior chez Emergence Quantum et chercheur à l’Université de Sydney qui a conçu la puce, dans le communiqué.
« Heureusement pour nous, ce n’est pas si facile, mais nécessite des années pour créer le savoir-faire et l’expertise pour concevoir des électroniques cryogéniques à faible bruit qui n’ont besoin que de minuscules quantités de puissance. »
