Les scientifiques affirment avoir atteint « un point d’inflexion critique » après avoir développé une technologie qui rend les processeurs quantiques à base de silicium plus viables.
La société d’informatique quantique Equal1 a créé une unité de traitement quantique (QPU) qui peut être construite à l’aide de processus de fabrication de semi-conducteurs conventionnels. Cela élimine la complexité et les dépenses généralement impliquées dans la production de processeurs quantiques utilisant des matériaux exotiques ou des techniques compliquées.
La société a également développé ce que ses représentants appellent « la puce de contrôleur quantique la plus complexe développée à ce jour ». Celui-ci peut fonctionner à des températures ultra-basses et ouvre la voie à des millions de qubits sur une seule puce, ce qui signifie qu’il peut gérer simultanément un grand nombre de bits d’informations quantiques tout en les gardant stables et précis pour les calculs.
En revanche, les puces quantiques les plus puissantes n’hébergent aujourd’hui que des milliers de qubits et sont construites avec des supraconducteurs, qui nécessitent tous un refroidissement proche du zéro absolu pour pouvoir effectuer des calculs quantiques.
Combinées, les nouvelles technologies « ouvrent la voie à la prochaine phase de informatique quantique et démontrer que le moyen le plus rapide d’évoluer est d’exploiter l’infrastructure de silicium existante », ont déclaré les représentants d’Equal1 dans un communiqué. déclaration.
Impraticabilité quantique
Construire des puces quantiques est un processus notoirement difficile et coûteux. Contrairement aux puces informatiques classiques, qui s’appuient sur des bits binaires pour traiter les informations sous forme de 1 ou de 0, les puces quantiques utilisent qubitsqui reposent sur les principes de mécanique quantique.
Les qubits ont des propriétés spéciales qui leur permettent d’exister simultanément dans plusieurs états – un phénomène appelé superposition – et de fonctionner ensemble d’une manière que les bits traditionnels ne peuvent pas, grâce à un processus appelé enchevêtrement. Le traitement parallèle qui en résulte permet aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes bien au-delà des capacités des systèmes classiques.
Cependant, les qubits sont incroyablement fragiles. Ils ne fonctionnent que lorsqu’ils sont maintenus dans un état de cohérence, c’est-à-dire qu’ils conservent leur état quantique suffisamment longtemps pour effectuer des calculs. La cohérence est facilement perturbée par des facteurs environnementaux tels que les changements de température ou le bruit électromagnétique – d’où la nécessité de températures extrêmement basses pour éviter les interférences.
En règle générale, les puces quantiques sont également fabriquées à partir de matériaux exotiques ou fabriqués sur mesure, comme les métaux supraconducteurs, qui nécessitent des processus de fabrication coûteux et complexes. L’innovation d’Equal1 réside dans l’utilisation du silicium, l’un des matériaux les plus abondants et les plus largement utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs.
Le silicium fournit un environnement stable pour les qubits, en particulier lors de l’utilisation d’un mélange de matériaux appelé silicium-germanium (SiGe). Dans une étude publiée le 2 décembre dans la base de données préimprimée arXivles scientifiques d’Equal1 ont expliqué que SiGe combine la stabilité du silicium avec la capacité du germanium à améliorer les performances électroniques, ce qui le rend bien adapté aux applications quantiques. Plus important encore, les puces SiGe peuvent être produites en utilisant les mêmes processus et usines que ceux déjà utilisés pour fabriquer des puces informatiques traditionnelles, ce qui pourrait permettre de fabriquer des processeurs quantiques. moins cher et plus facile à mettre à l’échelle.
Les représentants d’Equal1 ont déclaré que sa matrice SiGe de 6 qubits – qui est la partie de la puce où les qubits sont créés et contrôlés – avait innové dans deux domaines clés : la précision des opérations de porte quantique et la vitesse à laquelle ces opérations sont effectuées.
Plus précisément, la puce a démontré une fidélité de porte à un qubit de 99,4 % avec une vitesse de fonctionnement de 84 nanosecondes et une fidélité de porte à deux qubits de 98,4 % avec une vitesse de 72 nanosecondes. La haute précision, ou fidélité, des portes quantiques minimise les erreurs de calcul, tandis que des vitesses de porte plus rapides réduisent le risque que les qubits perdent leurs propriétés quantiques pendant les opérations. Ces facteurs déterminer l’exactitude des calculs quantiques et la capacité des qubits à maintenir leurs états quantiques suffisamment longtemps pour effectuer des opérations complexes.
« Ce résultat démontre l’avantage considérable des qubits de silicium : la capacité d’atteindre les performances requises pour la mise à l’échelle dans deux domaines clés : la fidélité et la vitesse des portes quantiques. » Nodar Samkharadze, architecte quantique en chef chez Equal1, a déclaré dans le communiqué.
Mettre une touche dessus
Pour garantir des opérations quantiques fiables, le dispositif d’Equal1 utilise des « qubits de spin ». Les qubits de rotation codent les informations dans l’état de spin d’un électron. Dans leur étude, les scientifiques ont déclaré que les qubits de spin sont particulièrement bien adaptés à l’intégration avec le silicium, car le silicium fournit un environnement stable pour les spins électroniques. Cela réduit le risque que les qubits perdent leurs délicates propriétés quantiques en raison des interférences de leur environnement.
Equal1 a également développé une puce de contrôleur quantique qui utilise une architecture multi-tuile ; cette conception divise une puce en plusieurs tuiles pouvant fonctionner de manière semi-indépendante. Cette architecture est essentielle à la mise à l’échelle des systèmes quantiques, car elle permet de répartir les fonctions de contrôle sur la puce, évitant ainsi les goulots d’étranglement qui peuvent survenir lorsqu’on s’appuie sur une seule unité de traitement.
Le contrôleur fonctionne à 300 millikelvins – une température juste au-dessus zéro absolu — ce qui lui permet de gérer efficacement les qubits tout en conservant les conditions nécessaires à la cohérence. Les représentants d’Equal1 ont déclaré que le contrôleur dispose également d’une technologie de correction d’erreurs basée sur l’intelligence artificielle (IA), permettant des ajustements en temps réel qui maintiennent la stabilité et la précision des opérations quantiques.
« Aujourd’hui marque un point d’inflexion critique pour Equal1 et l’industrie de l’informatique quantique », a ajouté Elena Blokhina, directrice scientifique de la société, dans le communiqué. « Equal1 a toujours cru que le silicium était le moyen de faire évoluer les ordinateurs quantiques et aujourd’hui, avec ces résultats de pointe en matière de qubits et de puces de contrôle, nous avons franchi une étape majeure vers cette vision. »
