QuTech a résolu un problème majeur sur la voie d'un ordinateur quantique à grande échelle fonctionnel. QuTech, une collaboration de TU Delft et TNO, et Intel ont conçu et fabriqué un circuit intégré capable de contrôler les qubits à des températures extrêmement basses. Cela ouvre la voie à l'intégration cruciale des qubits et de leur électronique de contrôle dans la même puce. Les scientifiques ont présenté leurs recherches lors de la conférence de l'ISSCC à San Francisco.

Ordinateurs quantiques

"Ce résultat nous rapproche d'un ordinateur quantique à grande échelle capable de résoudre des problèmes insolubles même par les supercalculateurs les plus puissants. Les solutions à ces problèmes peuvent avoir un impact important sur la vie quotidienne, par exemple dans les domaines de la médecine et de l'énergie, " a déclaré le chef d'équipe Fabio Sebastiano de QuTech et de la Faculté de génie électrique, Mathématiques et informatique.

Températures extrêmes

"Il y a beaucoup de problèmes à résoudre avant d'avoir un ordinateur quantique à grande échelle fonctionnel, " a déclaré Sebastiano. " Les informations quantiques stockées dans les qubits peuvent rapidement se dégrader et devenir inutilisables à moins que les qubits ne soient refroidis à des températures très proches du zéro absolu (-273 degrés Celsius, ou 0 Kelvin). Pour cette raison, les qubits fonctionnent généralement à l'intérieur de réfrigérateurs spéciaux à des températures aussi basses que 0,01 K, contrôlé par une électronique conventionnelle fonctionnant à température ambiante."

Mise à l'échelle

Un fil est nécessaire pour connecter chaque qubit à l'électronique de commande. Bien que cela soit faisable pour le petit nombre de qubits actuellement en fonctionnement, l'approche deviendra peu pratique pour les millions de qubits requis dans les ordinateurs quantiques utiles. "Cela équivaudrait à prendre l'appareil photo de 12 mégapixels de votre téléphone portable et à essayer de câbler individuellement chacun des millions de pixels à un circuit électronique séparé, " a déclaré Sebastiano. " Une solution plus viable consiste à faire fonctionner l'électronique contrôlant les qubits à des températures (cryogéniques) extrêmement basses, afin qu'ils puissent être placés aussi près que possible des qubits."

Crête de cheval

QuTech s'est associé à Intel pour relever ce défi précis. Le résultat s'appelle Horse Ridge, un circuit intégré nommé d'après l'un des endroits les plus froids de l'Oregon. Sebastiano :« Nous avons conçu et fabriqué un circuit intégré CMOS capable de contrôler jusqu'à 128 qubits, qui peut fonctionner à 3 K (-270 °C) et peut donc être décrit comme un circuit cryo-CMOS."

CMOS (complémentaire métal oxyde semi-conducteur) est la même technologie utilisée pour les microprocesseurs standard. L'utilisation du CMOS permet donc la fabrication fiable de circuits très complexes comprenant des milliards de composants électriques, comme requis pour les ordinateurs quantiques à grande échelle.

Circuit intégré et qubit

Les chercheurs ont démontré expérimentalement à la fois le bon fonctionnement du circuit intégré et une capacité à piloter un véritable qubit de spin. Les qubits de spin sont parmi les candidats qubits prometteurs pour un ordinateur quantique à grande échelle. Sebastiano : « C'est le circuit cryo-CMOS le plus complexe jamais démontré, et le premier capable de piloter un qubit de spin."

Une puce

Le prochain défi consiste à combler l'écart de température restant. « Les qubits de spin devraient fonctionner à des températures légèrement plus élevées que celles atteintes actuellement, dire au-dessus de 1, 5K, " a déclaré Sebastiano. "Notre circuit cryo-CMOS fonctionne maintenant à 3 K. Si nous pouvons combler cet écart de température, nous pourrions intégrer les deux qubits et leur électronique de contrôle dans le même boîtier ou puce, réalisant ainsi un système extrêmement compact."