Photo de la puce de silicium centimétrique, qui a deux oscillateurs supraconducteurs parallèles et les réfrigérateurs à circuit quantique qui leur sont connectés. Crédit :Kuan Yen Tan
La course mondiale vers un ordinateur quantique fonctionnel est lancée. Avec les futurs ordinateurs quantiques, nous pourrons résoudre des problèmes auparavant impossibles et développer, par exemple, médicaments complexes, les engrais, ou l'intelligence artificielle.
Les résultats de la recherche publiés aujourd'hui dans la revue scientifique, Communication Nature , suggérer comment les erreurs nuisibles dans l'informatique quantique peuvent être supprimées. C'est une nouvelle tournure vers un ordinateur quantique fonctionnel.
Même un ordinateur quantique a besoin d'ailettes de refroidissement
En quoi les ordinateurs quantiques diffèrent des ordinateurs que nous utilisons, c'est qu'au lieu de calculer en utilisant des bits normaux, ils utilisent des bits quantiques, ou qubits. Les bits écrasés dans votre ordinateur portable sont soit des zéros, soit des uns, alors qu'un qubit peut exister simultanément dans les deux états. Cette polyvalence des qubits est nécessaire pour les calculs complexes, mais elle les rend aussi sensibles aux perturbations extérieures.
Tout comme les processeurs ordinaires, un ordinateur quantique a également besoin d'un mécanisme de refroidissement. À l'avenir, des milliers voire des millions de qubits logiques peuvent être utilisés simultanément dans le calcul, et afin d'obtenir le résultat correct, chaque qubit doit être réinitialisé au début du calcul. Si les qubits sont trop chauds, ils ne peuvent pas être initialisés car ils basculent trop entre différents états. C'est le problème auquel Mikko Möttönen et son groupe ont développé une solution.
Impression artistique du réfrigérateur à circuit quantique en action. En tant que tunnels d'électrons, il capture simultanément un photon d'un appareil quantique, ce qui entraîne un refroidissement de l'appareil. Crédit :Heikka Valja
Un réfrigérateur rend les appareils quantiques plus fiables
Le réfrigérateur nanométrique développé par le groupe de recherche de l'Université Aalto résout un défi de taille :avec son aide, la plupart des dispositifs quantiques électriques peuvent être initialisés rapidement. Les appareils deviennent ainsi plus puissants et fiables.
"Je travaille sur ce gadget depuis cinq ans et il fonctionne enfin !" se réjouit Kuan Yen Tan, qui travaille comme chercheur postdoctoral dans le groupe de Möttönen.
Tan a refroidi un résonateur supraconducteur de type qubit en utilisant l'effet tunnel d'électrons uniques à travers un isolant de deux nanomètres d'épaisseur. Il a donné aux électrons un peu trop peu d'énergie provenant d'une source de tension externe que ce qui est nécessaire pour l'effet tunnel direct. Par conséquent, l'électron capte l'énergie manquante nécessaire à l'effet tunnel du dispositif quantique voisin, et par conséquent, l'appareil perd de l'énergie et se refroidit. Le refroidissement peut être désactivé en réglant la tension externe sur zéro. Puis, même l'énergie disponible du dispositif quantique n'est pas suffisante pour pousser l'électron à travers l'isolant.
"Notre réfrigérateur maintient les quanta en ordre, ", résume Mikko Möttönen.
Prochain, le groupe prévoit de refroidir les bits quantiques réels en plus des résonateurs. Les chercheurs souhaitent également abaisser la température minimale réalisable avec le réfrigérateur et rendre son interrupteur marche/arrêt ultra rapide.
