Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode de fabrication pour créer des bits quantiques supraconducteurs (qubits) qui pourraient rester cohérents trois fois plus longtemps que les systèmes de pointe actuels dans les laboratoires, leur permettant ainsi de mener des opérations informatiques quantiques plus puissantes.
La nouvelle technique, décrite dans une étude publiée le 5 novembre dans la revue Naturerepose sur l’utilisation d’un élément de terre rare appelé tantale. Celui-ci appartient au groupe des « métaux de transition » du tableau périodique et est « cultivé » sur des minéraux tels que la tantalite et le silicium en constituant un film métallique atome par atome.
« Le vrai défi, ce qui nous empêche d’avoir des ordinateurs quantiques utiles aujourd’hui, c’est que vous construisez un qubit et que les informations ne durent pas très longtemps », a déclaré André Houckdoyen de l’ingénierie de Princeton et co-chercheur principal de l’étude, dans l’étude. « C’est le prochain grand pas en avant. »
Décohérence et imperfection
La cohérence en informatique quantique est une mesure de la durée pendant laquelle un qubit peut maintenir son état d’onde. Lorsque les qubits décohèrent, ils perdent des informations. Cela fait du maintien de la cohérence l’un des plus grands défis de l’informatique quantique.
Les scientifiques ont passé quelques années essayer d’exploiter le tantale comme matériau pour développer des qubits. Lorsqu’un matériau supraconducteur tel que le tantale est refroidi à proche du zéro absolules circuits construits dans le matériau peuvent fonctionner avec une résistance quasiment nulle. Cela permet des opérations quantiques plus rapides, mais la vitesse et le nombre d’opérations sont fondamentalement limités par la durée pendant laquelle les qubits peuvent conserver leurs états d’information.
Mais garder le matériel qubit exempt de défauts ne représente que la moitié de la bataille. La fabrication d’un processeur quantique nécessite à la fois un matériau de couche de base et un substrat. Dans expériences précédentesles scientifiques ont obtenu des résultats de pointe en informatique quantique en utilisant des processeurs construits avec une couche de base en tantale et un substrat en saphir. Ces expériences ont été couronnées de succès, mais les taux de cohérence étaient encore inférieurs à la milliseconde.
L’équipe de Princeton a remplacé le substrat saphir utilisé dans ces expériences par un silicium à haute résistivité développé à l’aide de techniques exclusives. Selon l’étude, ils ont atteint des taux de cohérence allant jusqu’à 1,68 millisecondes sur des systèmes aussi grands que 48 qubits, ce qui constitue un record absolu pour les qubits supraconducteurs.
La nouvelle conception des qubits est similaire à celles utilisées dans les processeurs quantiques supraconducteurs développés par des sociétés de premier plan telles que Google et IBM. Houck a même ajouté que « remplacer les composants de Princeton par le meilleur processeur quantique de Google, appelé Willow, lui permettrait de fonctionner 1 000 fois mieux ».
Ce que cela signifie pour l’industrie de l’informatique quantique reste flou. Bien que les scientifiques aient considérablement amélioré les taux de cohérence des qubits, des défis demeurent. Le principal d’entre eux est la disponibilité du tantale. À partir de 2025, le tantale est considéré un métal rare la plupart des activités minières ayant lieu en Afrique.
Même si les nouveaux qubits augmentent considérablement la cohérence, ils doivent encore être testés sur des tailles plus grandes à l’aide de chipsets à l’échelle d’une tranche avant de pouvoir être intégrés aux ordinateurs quantiques commercialement déployés aujourd’hui.
