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Dans une nouvelle expérience, les chercheurs ont conçu des qubits qui fonctionnent à des températures légèrement plus élevées que ce qui était auparavant considéré comme possible. En réduisant considérablement les coûts d’exploitation et la complexité des systèmes de refroidissement, cette prouesse devrait rendre l’informatique quantique plus accessible.
Afin de déployer correctement leur puissance de calcul, les qubits des ordinateurs quantiques s’appuient sur des propriétés uniques. Cependant, ces caractéristiques sont extrêmement sensibles et peuvent être facilement perturbées par l’environnement, notamment la chaleur. Perturber les états quantiques des qubits induit les systèmes en erreur, ce qui constitue l’un des défis majeurs auxquels sont confrontés les scientifiques.
Jusqu’à présent, la seule solution connue pour éviter les effets de la chaleur est d’isoler les qubits de tout type de perturbation thermique. Pour ce faire, les circuits processeurs des ordinateurs quantiques sont maintenus à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu (-273,15°C, soit 0 Kelvin). Mais mettre en place un système de réfrigération adapté constitue également un défi, ce dernier étant à la fois complexe et coûteux.
Récemment, des scientifiques de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie ont tenté de réduire la complexité et le coût des équipements nécessaires au refroidissement des ordinateurs quantiques. Ils ont réussi à faire fonctionner des qubits à des températures légèrement plus élevées, notamment autour de 1 Kelvin. Bien que minime, cette différence de température peut entraîner une réduction considérable des coûts d’exploitation. Les détails ont été publiés dans la revue Nature.
Les inconvénients des systèmes de refroidissement actuels
Les systèmes de refroidissement actuellement utilisés dans les ordinateurs quantiques sont appelés cryostats. Ils permettent d’abaisser la température des qubits à quelques millikelvins, une température proche du zéro absolu. Outre leur coût matériel, leur coût d’exploitation est également très élevé. En effet, à mesure que la température se rapproche du zéro absolu, ils perdent en efficacité. Cela nécessite donc le déploiement d’énergie supplémentaire, augmentant encore les coûts.
Sans compter que les configurations de systèmes destinées à contrôler des qubits sont souvent très volumineuses et produisent beaucoup de chaleur. Plus le nombre de qubits à gérer est élevé, plus le système produit de chaleur, au point de dépasser la capacité de refroidissement du cryostat.
Des qubits fonctionnant à 1 K ?
Les chercheurs de la nouvelle étude soulignent l’importance de développer des systèmes tolérants aux erreurs à mesure que le nombre de qubits intégrés dans les ordinateurs quantiques augmente. Cette tolérance fait référence à la capacité de détecter et de corriger les erreurs sans compromettre le résultat final des calculs. Pour optimiser les coûts de refroidissement, l’équipe estime que ces systèmes devraient pouvoir fonctionner à une température d’au moins 1 Kelvin (-272,15°C). “À mesure que la mise à l’échelle s’accélère, il devient impératif d’établir un fonctionnement tolérant aux erreurs au-dessus de 1 Ko.», écrivent les chercheurs dans leur étude.
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Ils ont ainsi développé un qubit fonctionnant à cette température. Ce dernier a été réalisé à partir d’une structure qu’ils appellent « point quantique », imprimée sur du silicium. Grâce à ses propriétés, le point quantique permet de contrôler plus efficacement l’état du qubit.
Passer de 0 K (-273,15 °C) à 1 K (-272,15 °C) semble presque insignifiant compte tenu de la température qui reste extrêmement basse. Pourtant, selon les chercheurs, une différence d’un seul degré Celsius suffit à réduire non seulement le coût, mais aussi la complexité des systèmes de réfrigération actuels.
