Un processeur quantique topologique marque une avancée dans le domaine de l’informatique

Une équipe de Microsoft dirigée par des physiciens de l’UC Santa Barbara a dévoilé mercredi 19 février un processeur quantique topologique de huit qubits, le premier de ce type, ce qui constitue un bond en avant pour l’informatique quantique. La puce, construite comme une preuve de concept pour la conception des scientifiques, ouvre la voie au développement de l’ordinateur quantique topologique tant attendu.

« Nous avons un tas de choses que nous avons gardées secrètes et que nous dévoilons maintenant d’un seul coup », a indiqué Chetan Nayak, directeur de Microsoft Station Q. Chetan Nayak, professeur de physique à l’UCSB et Technical Fellow for Quantum Hardware chez Microsoft. La puce a été dévoilée lors de la conférence annuelle de Station Q à Santa Barbara et accompagne un article publié dans la revue Nature dont les auteurs sont Station Q, leurs coéquipiers de Microsoft et un grand nombre de collaborateurs, et qui présente les mesures effectuées par l’équipe de recherche sur ces nouveaux qubits.

« Nous avons créé un nouvel état de la matière, appelé supraconducteur topologique », explique M. Nayak. Cette phase de la matière abrite des limites exotiques appelées modes zéro de Majorana (MZM) qui sont utiles pour l’informatique quantique, a-t-il expliqué. Les résultats d’une simulation et d’un test rigoureux de leurs dispositifs d’hétérostructure sont cohérents avec l’observation de tels états. « Cela montre que nous pouvons le faire, le faire rapidement et le faire avec précision », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont également donné suite à leurs résultats dans Nature avec un article actuellement en prépublication décrivant une feuille de route pour faire évoluer leur technologie vers un ordinateur quantique topologique entièrement fonctionnel.

La magie de Majorana

La promesse de l’informatique quantique réside dans la vitesse et la puissance de ses calculs, qui devraient surpasser même les superordinateurs classiques les plus avancés. Tout cela repose sur le qubit, la version informatique quantique du bit, l’unité d’information fondamentale des ordinateurs classiques. Alors que les bits classiques n’existent que dans un état de zéro ou de un, les qubits peuvent représenter zéro, un et des combinaisons intermédiaires.

Les qubits peuvent se présenter sous différentes formes, en utilisant les comportements quantiques des ions piégés, par exemple, ou des photons. Les systèmes topologiques sont basés sur un type de particule différent appelé « anyon », un type de « quasiparticule » qui émerge comme le résultat des états corrélés de nombreuses particules interagissant à la surface d’un matériau, dans ce cas un nanofil supraconducteur.

Ce qui fait de l’informatique quantique topologique un domaine de recherche si passionnant, c’est qu’elle promet une plus grande stabilité et une meilleure résistance aux erreurs que les autres systèmes d’informatique quantique. Les qubits peuvent être sujets à des erreurs, ce qui oblige les constructeurs d’ordinateurs quantiques à en tenir compte, par exemple en construisant davantage de qubits pour corriger les erreurs.

« Une approche complémentaire consiste à intégrer la correction d’erreur au niveau du matériel », a ajouté M. Nayak. Comme l’information quantique est distribuée et stockée dans un système physique plutôt que dans des particules ou des atomes individuels, a-t-il expliqué, l’information traitée par les qubits topologiques est moins susceptible de perdre sa cohérence, ce qui permet d’obtenir un système plus tolérant aux pannes.

Mais n’importe quelle quasiparticule ne fera pas l’affaire. Pour l’informatique quantique topologique, les particules de Majorana – plus précisément les modes zéro de Majorana – sont l’outil de choix. Nommées d’après le physicien italien Ettore Majorana, qui les a prédites en 1937, ces particules ont la particularité d’être leurs propres antiparticules et de conserver une « mémoire » de leurs positions relatives au fil du temps. En les « tressant », c’est-à-dire en les déplaçant physiquement les unes autour des autres, il est possible de créer une logique quantique plus robuste.

Légende illustration : Majorana 1, le processeur quantique topologique à huit qubits dévoilé lors de la conférence Microsoft Station Q 2025

Source : UCSB