Le déploiement d’ordinateurs avancés sur des plateformes flottantes dans la stratosphère pourrait permettre de réduire les coûts de refroidissement.
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de transformer des domaines clés de la technologie, mais leurs états quantiques fragiles doivent être maintenus à des températures extrêmement basses en utilisant des systèmes de refroidissement cryogéniques énergivores. Cette exigence constitue l’un des plus grands obstacles à la montée en puissance de cette technologie.
Les ordinateurs conventionnels stockent et traitent les données en bits — des zéros ou des uns — tandis que les ordinateurs quantiques utilisent des qubits qui peuvent exister dans plusieurs états à la fois. Cette superposition permet aux dispositifs quantiques de résoudre certains problèmes bien plus efficacement que les ordinateurs classiques, par exemple, en finance, en cryptographie et en génie chimique. Cependant, elle rend également les qubits extrêmement sensibles aux fluctuations de température et aux autres bruits environnementaux.
Des chercheurs de KAUST proposent maintenant une solution non conventionnelle : héberger les processeurs quantiques sur des dirigeables naviguant dans la stratosphère à une altitude d’environ 20 kilomètres, où les températures peuvent chuter à –50°C. Ces conditions naturellement froides pourraient significativement réduire l’énergie nécessaire au refroidissement.
« En opérant au-dessus des nuages et des systèmes météorologiques, le dirigeable a accès à un rayonnement solaire prévisible et sans entrave », explique Basem Shihada de KAUST, qui a dirigé l’équipe.
Pour tirer parti des conditions froides et stables de la haute atmosphère, l’équipe de KAUST propose des Plateformes à Haute Altitude à Capacité de Calcul Quantique (QC-HAPs) — des dirigeables stratosphériques équipés de panneaux solaires et de batteries lithium-soufre pour maintenir les systèmes en fonctionnement pendant la nuit.
Les HAPs seraient reliées à des centres de données quantiques au sol en envoyant des informations encodées dans des ondes lumineuses, une technique connue sous le nom de communication optique en espace libre, avec des liaisons radiofréquence servant de secours par temps nuageux. Pour éviter la dégradation du signal pendant la transmission des données à travers l’atmosphère, la transmission pourrait être relayée via des plateformes intermédiaires portées par des ballons à plus basse altitude.
Les chercheurs ont calculé la quantité d’énergie qui pourrait être économisée en appliquant cette approche à deux formes principales de calcul quantique. L’une utilise des qubits basés sur des ions piégés refroidis à environ 10 K (–263°C), tandis que l’autre utilise des circuits supraconducteurs fonctionnant à des températures inférieures à 20 mK.
Ils ont constaté que le concept de QC-HAP offre les plus grands avantages pour les qubits à piège à ions, réduisant potentiellement la consommation énergétique des systèmes de refroidissement de 21 % par rapport à des centres de calcul quantique équivalents au sol. Les plateformes pourraient également supporter 30 % de qubits supplémentaires par rapport à un système terrestre utilisant la même quantité d’énergie. Les chercheurs estiment que les rayons cosmiques — des particules à haute énergie provenant de l’espace — auraient un impact négligeable sur la fiabilité des systèmes de calcul quantique stratosphériques.
Les QC-HAPs pourraient être déplacées là où elles sont nécessaires et reliées entre elles pour augmenter la puissance de calcul globale, formant « une flotte dynamique capable de fournir des services de calcul quantique évolutifs et à la demande dans le monde entier », affirme Wiem Abderrahim, anciennement membre de l’équipe de Shihada et maintenant chercheuse à l’Université de Carthage en Tunisie.
Cependant, le système QC-HAP dépendrait d’avancées significatives dans le matériel de calcul quantique, telles que des systèmes robustes pour détecter et corriger les erreurs dans les qubits, en particulier pendant la transmission.
« Nos prochaines étapes consistent à passer du stade conceptuel et analytique à des études plus axées sur la mise en œuvre », indique Osama Amin, chercheur scientifique dans l’équipe.
Référence / Abderrahim, W., Amin, O. & Shihada, B. Green quantum computing in the sky. Wireless Technology 1 , 5 (2025). | Lien vers l’étude .
Source : KAUST
