Les scientifiques d'IBM Research ont réalisé une avancée majeure en informatique quantique si bien que les ingénieurs devraient pouvoir commencer à travailler sur la création d'un ordinateur quantique à grande échelle. Les progrès en question concernent la réduction des taux d'erreurs sur les données dans les calculs élémentaires, et permettent de préserver l'intégrité des propriétés de la mécanique quantique dans les bits quantiques de données, connues sous le nom qubits et défini comme « l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique ». « La création d'un ordinateur quantique permettrait d'augmenter de façon exponentielle la puissance de traitement des données, contrairement à ce qu'autorisent les CPU conventionnelles actuelles, » a déclaré Marc Ketchen, qui dirige les recherches dans le domaine de la physique de l'information au TJ Watson Research Center d'IBM de Yorktown Heights (NY).

Comme le bit conventionnel, le qubit peut avoir deux valeurs : 0 ou 1. La différence, c'est qu'un bit doit être égal à 0 ou à 1, et un qubit peut prendre la valeur 0, 1, ou une superposition des deux. « Avec 2 qubits par exemple, on peut avoir les séquences 00, 01, 10, et 11 simultanément. Pour 3 qubits, on peut avoir 8 états en même temps (000, 001, 111, etc). Pour chaque qubit supplémentaire, on double le nombre d'états simultanés possibles. C'est une des raisons pour lesquelles un ordinateur quantique peut être beaucoup plus puissant, » a encore déclaré Marc Ketchen. « Même s'il reste un long chemin à parcourir avant d'aboutir à cet ordinateur quantique - probablement 10 à 15 ans - les progrès réalisés dans la réduction des taux d'erreur et dans la conservation de l'intégrité des propriétés mécaniques quantiques dans les qubits ouvrent la porte à une expérimentation à partir de nouvelles techniques de microfabrication, » a déclaré IBM. « Nous sommes enfin arrivés au stade où les appareils sont suffisamment bons pour rendre ce contrôle de données et de correction d'erreur possible. Le fanchissement de cette étape suscite une grande excitation parmi les chercheurs, » a déclaré le directeur de recherche.

Une technique éprouvée de miniaturisation

L'équipe d'IBM a présenté ses progrès en informatique quantique lors de la réunion annuelle de l'American Physical Society. Contrairement aux semi-conducteurs actuels à base de silicium, IBM utilise des qubits supraconducteurs créés selon des techniques de microfabrication bien connues et développées pour la technologie du silicium, mais sur une puce de type saphir. Cela ouvre la perspective qu'un jour il sera possible de fabriquer des milliers ou des millions de qubits. Dans l'image ci-après, on peut voir une puce de silicium avec trois qubits. La puce est montée à l'arrière d'une carte PC et est connectée à des cables coaxiaux I/O via des liaisons filaires (échelle : 8mm x 4mm). Un assemblage plus important de ces qubits et de ces résonateurs (ils vibrent par résonance) est envisagé pour des architectures évolutives. « Nous en sommes arrivés au point où, même si nous ne sommes pas encore prêts à construire un ordinateur quantique, nous pouvons déjà commencer à penser à quoi il pourrait ressembler et ce qu'il serait capable de faire », a déclaré Marc Ketchen.



3 Qubits sur une plaque de silicium Crédit Photo: IBM

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Au niveau atomique, les atomes et leurs composants, comme les électrons, se comportent différemment selon qu'ils adoptent les règles de la physique quantique pour former des systèmes quantiques. Dans ces états, ces systèmes peuvent être manipulés de telle manière que certains problèmes mathématiques et certaines opérations logiques peuvent être résolus en moins d'étapes qu'avec le calcul informatique conventionnel. Par exemple, un ordinateur quantique pourrait factoriser un très grand nombre entier en facteurs premiers (par exemple, 3 et 5 sont des facteurs de 15) sur une échelle de temps raisonnnable, alors qu'il faudrait des millions d'années pour résoudre le même problème avec le calcul informatique actuel. Au jour d'aujourd'hui, les processeurs multi-core les plus performants peuvent chiffrer ou décrypter un nombre de 150 chiffres. Mais pour un nombre à 1000 chiffres, il faudrait à peu près toutes les ressources de calcul disponibles dans le monde pour y parvenir, » a déclaré le directeur de recherche. « Alors que, en théorie, un ordinateur quantique ne mettrait que quelques heures », a t-il ajouté.

Une course sur le long terme et concurrentielle

IBM n'est pas le seul à s'investir dans la recherche en informatique quantique. L'Université de Santa Barbara et celle de Yale en Californie ont entrepris des recherches similaires. Cependant, Marc Ketchen fait valoir que seul IBM a les moyens de fabriquer des puces informatiques quantiques. Actuellement, seul Big Blue sait comment maintenir l'état d'une électrode suffisamment longtemps pour effectuer l'opération « avec une précision de 95%, » comme l'explique le chercheur. Les scientifiques voudraient parvenir à une précision supérieure à 99%, de manière à réduire les erreurs de données à un niveau qui permettrait d'utiliser la puce pour effectuer des calculs avec un degré de précision acceptable.

« Dès que le taux d'erreur de données sera suffisamment bas, on pourra combiner plusieurs éléments pour avoir un qubit parfait », a déclaré Marc Ketchen. « Pour l'instant, l'ordre de grandeur nous permet de construire quelque chose et d'avoir la bonne réponse. Nous devons aussi commencer à envisager la construction de systèmes plus complexes et les associer ensemble. »