Les scientifiques de l’Université de Manchester, en collaboration avec l’Université de Melbourne en Australie, ont réalisé une avancée majeure dans le domaine de l’informatique quantique. En s’appuyant sur la méthode pionnière d’Ernest Rutherford, ils ont produit une forme ultra-pure de silicium qui permet la construction de dispositifs à qubits haute performance, un composant fondamental pour ouvrir la voie à des ordinateurs quantiques évolutifs.
Un défi surmonté
L’un des plus grands défis dans le développement des ordinateurs quantiques est la sensibilité des qubits, qui nécessitent un environnement stable pour maintenir les informations qu’ils contiennent. Même de minuscules changements dans leur environnement, y compris les fluctuations de température, peuvent provoquer des erreurs informatiques.
Un autre problème est leur échelle, à la fois leur taille physique et leur puissance de traitement. Dix qubits ont la même puissance de traitement que 1 024 bits dans un ordinateur normal et peuvent potentiellement occuper un volume beaucoup plus petit. Les scientifiques estiment qu’un ordinateur quantique pleinement performant nécessite environ un million de qubits, ce qui offre une capacité irréalisable par tout ordinateur classique.
Le silicium, la clé de l’informatique quantique à grande échelle
Le silicium est le matériau de base de l’informatique classique en raison de ses propriétés semi-conductrices. Les scientifiques pensent qu’il pourrait être la réponse aux ordinateurs quantiques évolutifs. Cependant, le silicium naturel est composé de trois atomes de masse différente (appelés isotopes) – silicium 28, 29 et 30. Le Si-29, qui représente environ 5% du silicium, provoque un effet de «flip-flop nucléaire» qui fait perdre de l’information au qubit.
Les scientifiques de l’Université de Manchester ont trouvé un moyen d’éliminer les atomes de silicium 29 et 30, faisant du silicium le matériau parfait pour fabriquer des ordinateurs quantiques à grande échelle et avec une grande précision. Le résultat – le silicium le plus pur au monde – offre une voie vers la création d’un million de qubits, qui peuvent être fabriqués de la taille d’une tête d’épingle.
Une feuille de route vers des dispositifs quantiques évolutifs
Selon Ravi Acharya, chercheur en doctorat qui a effectué des travaux expérimentaux dans le cadre du projet, cette nouvelle capacité offre une feuille de route vers des dispositifs quantiques évolutifs avec des performances et des capacités inégalées. Elle promet de transformer les technologies de manière difficile à imaginer.
Le professeur David Jamieson, co-superviseur du projet à l’Université de Melbourne, a déclaré : «Notre technique ouvre la voie à des ordinateurs quantiques fiables qui promettent des changements importants dans la société, notamment dans l’intelligence artificielle, la sécurité des données et des communications, la conception de vaccins et de médicaments, l’utilisation de l’énergie, la logistique et la fabrication.»
La prochaine étape consistera à démontrer que la cohérence quantique peut être maintenue pour de nombreux qubits simultanément. Un ordinateur quantique fiable avec seulement 30 qubits dépasserait la puissance des superordinateurs actuels pour certaines applications.
Qu’est-ce que l’informatique quantique et comment fonctionne-t-elle ?
Tous les ordinateurs fonctionnent à l’aide d’électrons. En plus d’avoir une charge négative, les électrons ont une autre propriété appelée «spin», qui est souvent comparée à une toupie en rotation.
Le spin combiné des électrons à l’intérieur de la mémoire d’un ordinateur peut créer un champ magnétique. La direction de ce champ magnétique peut être utilisée pour créer un code où une direction est appelée «0» et l’autre direction est appelée « 1. Cela permet ensuite d’utiliser un système de numération qui n’utilise que 0 et 1 pour donner des instructions à l’ordinateur. Chaque 0 ou 1 est appelé un bit.
Dans un ordinateur quantique, plutôt que l’effet combiné du spin de plusieurs millions d’électrons, nous pouvons utiliser le spin d’électrons uniques, passant du monde «classique» au monde « quantique » ; de l’utilisation de « bits » à celle de « qubits« .
Alors que les ordinateurs classiques effectuent un calcul après l’autre, les ordinateurs quantiques peuvent effectuer tous les calculs en même temps, leur permettant de traiter de vastes quantités d’informations et d’effectuer des calculs très complexes à une vitesse inégalée.
Bien qu’encore à ses débuts, une fois pleinement développés, les ordinateurs quantiques seront utilisés pour résoudre des problèmes complexes du monde réel, tels que la conception de médicaments et des prévisions météorologiques plus précises – des calculs trop difficiles pour les superordinateurs d’aujourd’hui.
Prof Rich Curry (à droite) et Dr Mason Adshead (à gauche). Crédit : Université de Manchester.
Article : « Highly 28Si enriched silicon by localised focused ion beam implantation » – DOI: 10.1038/s43246-024-00498-0
