Auteur principal de l'étude, Doctorante Alice Mahoney, dans les laboratoires de sciences quantiques du Sydney Nanoscience Hub. Crédit :Université de Sydney
Une équipe de l'Université de Sydney et de Microsoft, en collaboration avec l'Université de Stanford aux États-Unis, a miniaturisé un composant essentiel à la mise à l'échelle de l'informatique quantique. L'ouvrage constitue la première application pratique d'une nouvelle phase de la matière, découvert pour la première fois en 2006, les isolants dits topologiques.
Au-delà des phases familières de la matière - solide, liquide, ou gaz - les isolants topologiques sont des matériaux qui fonctionnent comme des isolants dans la majeure partie de leurs structures mais ont des surfaces qui agissent comme des conducteurs. La manipulation de ces matériaux fournit une voie pour construire les circuits nécessaires à l'interaction entre les systèmes quantiques et classiques, vital pour la construction d'un ordinateur quantique pratique.
Les travaux théoriques qui sous-tendent la découverte de cette nouvelle phase de la matière ont reçu le prix Nobel de physique 2016.
La composante de l'équipe de Sydney, inventé un circulateur à micro-ondes, agit comme un rond-point de circulation, s'assurer que les signaux électriques ne se propagent que dans un sens, dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, comme demandé. Des dispositifs similaires se trouvent dans les stations de base de téléphonie mobile et les systèmes radar, et seront nécessaires en grande quantité dans la construction d'ordinateurs quantiques. Une limite majeure, jusqu'à maintenant, est que les circulateurs typiques sont des objets encombrants de la taille de votre main.
Cette invention, rapporté par l'équipe de Sydney aujourd'hui dans le journal Communication Nature , représente la miniaturisation du dispositif de circulation commun par un facteur de 1000. Cela a été fait en exploitant les propriétés des isolants topologiques pour ralentir la vitesse de la lumière dans le matériau. Cette miniaturisation ouvre la voie à l'intégration de nombreux circulateurs sur puce et à la fabrication des grandes quantités qui seront nécessaires à la construction d'ordinateurs quantiques.
Prototype du circulateur micro-ondes, à côté d'une pièce australienne de cinq cents (19,41 mm de diamètre). Crédit :Alice Mahoney/Université de Sydney
Le chef de l'équipe de Sydney, Professeur David Reilly, a expliqué que les travaux de mise à l'échelle de l'informatique quantique sont à l'origine de percées dans les domaines connexes de l'électronique et des nanosciences.
"Il ne s'agit pas que de qubits, les blocs de construction fondamentaux pour les machines quantiques. La construction d'un ordinateur quantique à grande échelle nécessitera également une révolution dans l'informatique classique et l'ingénierie des dispositifs, " dit le professeur Reilly.
"Même si nous avions des millions de qubits aujourd'hui, il n'est pas évident que nous ayons la technologie classique pour les contrôler. La réalisation d'un ordinateur quantique à grande échelle nécessitera l'invention de nouveaux dispositifs et techniques à l'interface quantique-classique. »
L'auteur principal de l'article et candidate au doctorat Alice Mahoney a déclaré :« De tels circulateurs compacts pourraient être implémentés dans une variété de plates-formes matérielles quantiques, quel que soit le système quantique particulier utilisé.
Un ordinateur quantique pratique est encore loin de quelques années. Les scientifiques s'attendent à pouvoir effectuer des calculs actuellement insolubles avec des ordinateurs quantiques qui auront des applications dans des domaines tels que la chimie et la conception de médicaments, modélisation climatique et économique, et cryptographie.
