Kermit Pattison
Des physiciens de Harvard travaillant au développement d’une technologie révolutionnaire présentent un système à 3 000 bits quantiques capable de fonctionner en continu.
Un exemple souvent cité illustre le potentiel ahurissant de l’informatique quantique : une machine dotée de 300 bits quantiques pourrait stocker simultanément plus d’informations que le nombre de particules dans l’univers connu.
Maintenant, réfléchissez à ceci : des scientifiques de Harvard viennent de dévoiler un système 10 fois plus grand et la première machine quantique capable de fonctionner en continu sans redémarrage.
Dans un article publié dans la revue Nature, l’équipe a présenté un système de plus de 3 000 bits quantiques (ou qubits) capable de fonctionner pendant plus de deux heures, surmontant ainsi une série de défis techniques et représentant une avancée significative vers la construction de superordinateurs qui pourraient révolutionner la science, la médecine, la finance et d’autres domaines.
« Nous avons démontré le fonctionnement continu d’un système de 3 000 qubits », a déclaré Mikhail Lukin, professeur à l’université Joshua and Beth Friedman, codirecteur de la Quantum Science and Engineering Initiative et auteur principal du nouvel article. « Mais il est également clair que cette approche fonctionnera également pour des nombres beaucoup plus importants. »
La collaboration menée par Harvard a réuni des chercheurs du MIT et a été dirigée conjointement par Mikhail Lukin, Markus Greiner, professeur de physique George Vasmer Leverett, et Vladan Vuletic, professeur de physique Lester Wolfe au MIT. L’équipe mène des recherches en collaboration avec QuEra Computing, une start-up issue des laboratoires Harvard-MIT.
Veasey Conway/Harvard Staff Photographer
Les ordinateurs classiques codent les informations (qu’il s’agisse d’une vidéo sur votre téléphone ou des mots et images de cette page) en bits à l’aide d’un code binaire. Les ordinateurs quantiques utilisent des particules subatomiques dans des atomes individuels et tirent parti des propriétés contre-intuitives de la physique quantique pour atteindre une puissance de traitement bien supérieure.
Les bits binaires classiques stockent les informations sous forme de zéros ou de uns. Les qubits peuvent être zéro, un ou les deux à la fois, et cette combinaison linéaire d’amplitudes est la clé de la puissance de l’informatique quantique.
Dans les ordinateurs classiques, doubler le nombre de bits double la puissance de traitement ; dans les ordinateurs quantiques, ajouter des qubits augmente la puissance de manière exponentielle grâce à un processus appelé « intrication quantique ».
Mais la réalisation de grands systèmes quantiques a posé des défis majeurs.
Les systèmes d’atomes neutres (ceux qui n’ont pas de charge électrique car ils ont un nombre égal de protons et d’électrons) sont apparus comme l’une des plateformes les plus prometteuses pour les ordinateurs quantiques.
Mais un problème persistant est celui de la « perte d’atomes », c’est-à-dire l’échappement des qubits et la perte de leurs informations codées. Cette lacune a limité les expériences à des efforts ponctuels dans lesquels les chercheurs doivent faire une pause, recharger les atomes et recommencer.
Dans cette nouvelle étude, l’équipe a mis au point un système permettant de réapprovisionner rapidement et en continu les qubits à l’aide de « tapis roulants optiques » (ondes laser qui transportent des atomes) et de « pinces optiques » (faisceaux laser qui saisissent des atomes individuels et les disposent en réseaux quadrillés). Le système peut recharger jusqu’à 300 000 atomes par seconde.
« Nous montrons qu’il est possible d’insérer de nouveaux atomes à mesure qu’ils sont naturellement perdus, sans détruire les informations déjà présentes dans le système », ajoute Elias Trapp, coauteur de l’article et doctorant en physique à la Kenneth C. Griffin School of Arts and Sciences. « Cela permet vraiment de résoudre ce problème fondamental de perte d’atomes. »
Le nouveau système a fait fonctionner un réseau de plus de 3 000 qubits pendant plus de deux heures et, en théorie, selon les chercheurs, il pourrait continuer indéfiniment. En deux heures, plus de 50 millions d’atomes ont circulé dans le système.
M. Lukin a ajouté : « Ce nouveau type de fonctionnement continu du système, qui permet de remplacer rapidement les qubits perdus, peut être plus important dans la pratique qu’un nombre spécifique de qubits. »
Dans le cadre d’expériences de suivi, l’équipe prévoit d’appliquer cette approche pour effectuer des calculs.
Neng-Chun Chiu, auteur principal de l’étude et doctorant en physique à Harvard Griffin, a indiqué : « Ce qui nous distingue vraiment, c’est la combinaison de trois éléments : l’échelle, la préservation des informations quantiques et la rapidité suffisante de l’ensemble du processus pour qu’il soit utile. »
Cette nouvelle étude fait progresser un domaine de recherche en plein essor. En effet, cette semaine, une équipe du Caltech a publié un système de 6 100 qubits, mais celui-ci ne pouvait fonctionner que pendant moins de 13 secondes.
Dans un autre article également publié dans Nature ce mois-ci, l’équipe Harvard-MIT a présenté une architecture de réseaux d’atomes reconfigurables permettant de simuler des aimants quantiques exotiques.
Cette approche permet de modifier la connectivité du processeur pendant le processus de calcul. En revanche, la plupart des puces informatiques existantes, comme celles de votre téléphone portable ou de votre ordinateur de bureau, ont une connectivité fixe.
« Nous pouvons littéralement reconfigurer l’ordinateur quantique atomique pendant qu’il fonctionne. En gros, le système devient un organisme vivant. » – M. Lukin.
Dans un troisième article publié cette semaine dans Nature, l’équipe présente une architecture quantique dotée de nouvelles méthodes de correction des erreurs. Grâce à ces nouvelles recherches, M. Lukin estime qu’il est désormais possible d’envisager des ordinateurs quantiques capables d’exécuter des milliards d’opérations et de fonctionner pendant plusieurs jours.
« Pour la première fois, la réalisation de ce rêve est à portée de main », a-t-il conclu . « On peut vraiment voir un chemin très direct vers sa réalisation. »
Article : « Low-overhead transversal fault tolerance for universal quantum computation » – DOI : 10.1038/s41586-025-09543-5
Article : « Continuous operation of a coherent 3,000-qubit system » – DOI : 10.1038/s41586-025-09596-6
Source : Harvard
