Publié le 2024-02-29 10:00:00. Des chercheurs australiens ont franchi une étape importante dans la construction d’ordinateurs quantiques à grande échelle en parvenant à faire communiquer des atomes individuels sur de longues distances, ouvrant la voie à une nouvelle génération de puces informatiques.
- Une équipe de l’Université du sud du Pays de Galles (UNSW) a réussi à créer des états quantiques intriqués permettant la communication à distance entre atomes.
- Cette avancée repose sur l’utilisation de noyaux atomiques de silicium, considérés comme des éléments quantiques particulièrement stables et isolés.
- La technique développée est compatible avec les processus de fabrication existants de l’industrie des semi-conducteurs, ce qui pourrait accélérer le développement de l’informatique quantique.
La construction d’ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes complexes inaccessibles aux machines classiques représente un défi majeur pour la science et la technologie. Une nouvelle percée, issue des travaux d’une équipe de l’Université du sud du Pays de Galles (UNSW) en Australie, pourrait rapprocher ce but. Les chercheurs ont annoncé avoir mis au point une méthode permettant de faire communiquer des atomes individuels sur des distances significatives grâce à un phénomène appelé intrication quantique.
L’intrication quantique est un état particulier dans lequel deux particules sont liées de manière si profonde qu’elles cessent d’être indépendantes l’une de l’autre. Cette propriété est essentielle à l’informatique quantique, car elle confère à ces ordinateurs un avantage considérable sur les machines classiques. Comme l’explique Holly Stemp, l’une des chercheuses impliquées dans l’étude, cette réalisation « ouvre la porte à la possibilité de construire les micropuces du futur nécessaires à l’informatique quantique à l’aide de la technologie et des processus de fabrication existants ».
Le principal obstacle à la construction d’ordinateurs quantiques réside dans la nécessité de trouver un équilibre entre la protection des éléments quantiques contre les perturbations extérieures et leur capacité à interagir pour effectuer des calculs. Différentes approches matérielles sont actuellement en compétition, chacune présentant ses propres avantages et inconvénients. Certaines offrent des opérations rapides mais sont sensibles au bruit, tandis que d’autres sont mieux protégées mais plus difficiles à contrôler et à développer.
L’équipe de l’UNSW a choisi de se concentrer sur les noyaux atomiques de silicium, qu’elle considère comme des « objets quantiques les plus propres et les plus isolés » disponibles à l’état solide. Ils ont réussi à faire communiquer ces noyaux entre eux à une échelle compatible avec les dispositifs électroniques en silicium standard. Selon Holly Stemp, dans un communiqué de l’UNSW, le spin d’un noyau atomique est particulièrement adapté à cette tâche.
Les chercheurs avaient déjà démontré leur capacité à maintenir des informations quantiques pendant plus de 30 secondes et à effectuer des opérations logiques quantiques avec un taux d’erreur inférieur à 1 %, le tout au sein d’un dispositif en silicium. La difficulté résidait alors dans l’isolement des noyaux atomiques, qui empêchait leur communication à grande échelle.
Pour illustrer leur avancée, les chercheurs utilisent une analogie : jusqu’à présent, les noyaux atomiques étaient comme des personnes enfermées dans une pièce insonorisée, capables de communiquer uniquement lorsqu’elles se trouvaient toutes dans la même pièce, et avec une grande clarté. Cependant, elles ne pouvaient rien entendre de l’extérieur et l’espace était limité. « Avec cette avancée, c’est comme si nous donnions des téléphones aux gens pour communiquer avec d’autres pièces », explique la chercheuse. Ils restent isolés, mais peuvent désormais communiquer à distance.
Ces « téléphones » sont en réalité des électrons, dont la capacité à s’étendre dans l’espace permet de les « intriquer » à une distance considérable. Chaque électron est directement couplé à un noyau atomique, agissant ainsi comme un intermédiaire pour la communication.
Les noyaux utilisés dans l’expérience étaient séparés d’environ 20 nanomètres (un millième de la largeur d’un cheveu). Bien que cette distance puisse paraître infime, Holly Stemp souligne qu’à l’échelle d’une personne, elle équivaudrait à la distance entre Sydney et Boston. L’aspect le plus important, cependant, est que 20 nanomètres correspondent à l’échelle de fabrication des puces en silicium utilisées dans les ordinateurs personnels et les téléphones portables.
« C’est notre véritable avancée technologique : obtenir nos objets quantiques les plus propres et les plus isolés pour communiquer à la même échelle que les appareils électroniques existants », affirme-t-elle. Cela signifie que les processus de fabrication développés par l’industrie des semi-conducteurs pourraient être adaptés pour construire des ordinateurs quantiques basés sur les spins des noyaux atomiques.
(efe, Science)