"Si ce projet réussit, il provoquera une révolution dans l'informatique."

C'est la prévision de Michael Manfra, Chaire Bill et Dee O'Brien de l'Université Purdue, professeur de physique et d'astronomie, Professeur de génie des matériaux et professeur de génie électrique et informatique, sur une nouvelle collaboration améliorée à long terme entre Purdue et Microsoft Corp. pour construire un ordinateur quantique robuste et évolutif en produisant ce que les scientifiques appellent un « qubit topologique ».

Le président de Purdue, Mitch Daniels, a noté que Purdue abritait le premier département informatique aux États-Unis, et affirme que ce partenariat et le travail de Manfra placent l'université à l'avant-garde de l'informatique quantique.

"Un jour, l'informatique quantique passera du laboratoire à l'utilisation quotidienne réelle, et quand c'est le cas, cela signalera une autre explosion de puissance de calcul comme celle provoquée par la puce de silicium, ", dit Daniels. "C'est passionnant d'imaginer Purdue au centre de ce prochain bond en avant."

Dans les ordinateurs que nous utilisons actuellement tous les jours, l'information est codée dans un système binaire ou/ou binaire, ce que l'on appelle communément des 1 et des 0. Ces calculateurs sont basés sur des transistors au silicium, lequel, comme un interrupteur, ne peut être qu'en position marche ou arrêt.

Avec les ordinateurs quantiques, les informations sont codées en qubits, qui sont des unités quantiques d'information. Avec un qubit, cependant, cet état physique n'est pas seulement 0 ou 1, mais peut aussi être une combinaison linéaire de 0 et 1. En raison d'un étrange phénomène de mécanique quantique appelé "superposition, " un qubit peut être dans les deux états en même temps.

Cette caractéristique est essentielle à la puissance potentielle du calcul quantique, permettant de résoudre des problèmes insolubles en utilisant des architectures classiques.

Les partisans de l'informatique quantique pensent que cette technologie inédite créera une nouvelle « économie quantique » mondiale.

L'équipe réunie par Microsoft travaillera sur un type d'ordinateur quantique qui devrait être particulièrement robuste contre les interférences de son environnement, une situation connue en informatique quantique sous le nom de « décohérence ». L'« ordinateur quantique topologique évolutif » est théoriquement plus stable et moins sujet aux erreurs.

"L'un des défis de l'informatique quantique est que les qubits interagissent avec leur environnement et perdent leurs informations quantiques avant que les calculs puissent être terminés, " dit Manfra. " L'informatique quantique topologique utilise des qubits qui stockent des informations " non localement " et les sources de bruit extérieures ont moins d'effet sur le qubit, donc nous nous attendons à ce qu'il soit plus robuste."

Manfra dit que le défi le plus excitant associé à la construction d'un ordinateur quantique topologique est que l'équipe Microsoft doit simultanément résoudre des problèmes de science des matériaux, la physique de la matière condensée, génie électrique et architecture informatique.

"C'est pourquoi Microsoft a réuni un ensemble si diversifié de personnes talentueuses pour s'attaquer à ce problème à grande échelle, " Manfra dit. "Aucune personne ou un groupe ne peut être expert dans tous les aspects."

Purdue et Microsoft ont conclu un accord en avril 2016 qui étend leur collaboration sur la recherche en informatique quantique, établissant effectivement « Station Q Purdue, " l'un des sites de recherche expérimentale "Station Q" qui travaille en étroite collaboration avec deux sites théoriques "Station Q".

Le nouveau, accord pluriannuel prolonge cette collaboration, et comprend des employés de Microsoft intégrés dans l'équipe de recherche de Manfra à Purdue.

Le groupe de Manfra à Station Q Purdue collaborera avec Redmond, Les membres de l'équipe Microsoft basée à Washington, ainsi qu'un groupe expérimental mondial établi par Microsoft comprenant des groupes expérimentaux à l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague au Danemark, TU Delft aux Pays-Bas, et l'Université de Sydney, Australie. Ils sont également couplés aux théoriciens de Microsoft Station Q à Santa Barbara. Tous les groupes travaillent ensemble pour résoudre les plus grands défis de l'informatique quantique.

"Ce qui est excitant, c'est que nous faisons la science et l'ingénierie main dans la main, à la fois, " dit Manfra. " Nous sommes chanceux de faire partie de cette équipe mondiale vraiment incroyable. "

Le mathématicien et récipiendaire de la médaille Fields Michael Freedman dirige la Station Q de Microsoft à Santa Barbara, travaillant sur l'informatique quantique.

"Il y a une autre planète informatique là-bas, et nous, collectivement, vont atterrir dessus. C'est vraiment comme au bon vieux temps de l'exploration physique et bien plus intéressant que de s'enfermer dans une bouteille et de voyager dans l'espace. Nous découvrirons un monde incroyable et invisible une fois que nous aurons des ordinateurs quantiques programmables à usage général, " Freedman dit. " Michael Manfra et l'Université Purdue seront un collaborateur clé sur ce voyage. La factorisation des nombres ne m'intéresse pas, mais résoudre des problèmes de chimie et de science des matériaux, et plus ambitieusement l'intelligence artificielle. Avec curiosité, nous avons besoin d'une excellente science des matériaux et d'une physique des transports - les travaux de Mike Manfra - pour construire les systèmes que nous utiliserons pour faire de l'informatique quantique et, Donc, pour inaugurer la prochaine ère de la science des matériaux."

Le rôle de Purdue dans le projet sera de développer et d'étudier les semi-conducteurs ultra-purs et les systèmes hybrides de semi-conducteurs et de supraconducteurs qui peuvent former la plate-forme physique sur laquelle un ordinateur quantique est construit. Le groupe Manfra possède une expertise dans une technique appelée épitaxie par jets moléculaires, et cette technique sera utilisée pour construire des systèmes électroniques de faible dimension qui constituent la base des bits quantiques, ou qubits.

Le travail à Purdue sera effectué au Birck Nanotechnology Center dans le Discovery Park de l'université, ainsi qu'au Département de physique et d'astronomie. L'installation de Birck abrite le système d'épitaxie par faisceau moléculaire multi-chambres, dans lequel trois chambres de fabrication sont connectées sous ultra-vide. Il contient également des outils de fabrication en salle blanche et de caractérisation des matériaux nécessaires. Des laboratoires de mesure à basse température des propriétés électroniques des matériaux seront réalisés au sein du Département de physique et d'astronomie.

Suresh Garimella, directeur général de la recherche et des partenariats, et Purdue's Goodson Distinguished Professor of Mechanical Engineering, affirme que les outils et les laboratoires trouvés dans Discovery Park ont ​​permis à Purdue de devenir un leader mondial dans plusieurs domaines.

« En combinant ces installations de classe mondiale avec notre corps professoral incroyablement talentueux et compétent, comme le professeur Manfra, a placé Purdue à la pointe de la recherche et du développement de la nanotechnologie, nanoélectronique, électronique à base de transistors au silicium de nouvelle génération, et l'informatique quantique. Faire contribuer Purdue à la construction du premier ordinateur quantique au monde est un rêve devenu réalité pour nous, " il dit.