La plupart des ordinateurs quantiques développés dans le monde ne fonctionneront qu'à des fractions de degré au-dessus du zéro absolu. Cela nécessite une réfrigération de plusieurs millions de dollars et dès que vous les branchez sur des circuits électroniques conventionnels, ils surchauffent instantanément.

Mais maintenant, des chercheurs dirigés par le professeur Andrew Dzurak de l'UNSW Sydney se sont penchés sur ce problème.

"Nos nouveaux résultats ouvrent la voie des dispositifs expérimentaux aux ordinateurs quantiques abordables pour les applications commerciales et gouvernementales du monde réel, " dit le professeur Dzurak.

La cellule unitaire de processeur quantique de preuve de concept des chercheurs, sur une puce de silicium, fonctionne à 1,5 Kelvin, soit 15 fois plus chaud que la principale technologie concurrente à base de puces développée par Google, IBM, et d'autres, qui utilise des qubits supraconducteurs.

« Il fait encore très froid, mais est une température qui peut être atteinte en utilisant seulement quelques milliers de dollars de réfrigération, plutôt que les millions de dollars nécessaires pour refroidir les puces à 0,1 Kelvin, " explique Dzurak.

"Bien qu'il soit difficile d'apprécier en utilisant nos concepts quotidiens de température, cette augmentation est extrême dans le monde quantique."

Les ordinateurs quantiques devraient surpasser les ordinateurs conventionnels pour une gamme de problèmes importants, de la fabrication de médicaments de précision aux algorithmes de recherche. En concevoir un qui peut être fabriqué et utilisé dans un environnement réel, cependant, représente un défi technique majeur.

Les chercheurs de l'UNSW pensent avoir surmonté l'un des obstacles les plus difficiles à surmonter pour que les ordinateurs quantiques deviennent une réalité.

Dans un article publié dans la revue La nature aujourd'hui, L'équipe de Dzurak, avec des collaborateurs au Canada, la Finlande et le Japon, signaler une cellule d'unité de processeur quantique de preuve de concept qui, contrairement à la plupart des conceptions explorées dans le monde entier, n'a pas besoin de fonctionner à des températures inférieures à un dixième de Kelvin.

L'équipe de Dzurak a annoncé pour la première fois ses résultats expérimentaux via les archives académiques de pré-impression en février de l'année dernière. Puis, en octobre 2019, un groupe aux Pays-Bas dirigé par un ancien chercheur post-doctorant dans le groupe de Dzurak, Menno Veldhorst, a annoncé un résultat similaire en utilisant la même technologie silicium développée à l'UNSW en 2014. La confirmation de ce comportement de « qubit chaud » par deux groupes de part et d'autre du monde a conduit à la publication des deux articles « dos à dos » dans le même problème de La nature aujourd'hui.

Les paires de qubits sont les unités fondamentales de l'informatique quantique. Comme son analogue de calcul classique, le bit, chaque qubit caractérise deux états, un 0 ou un 1, pour créer un code binaire. Contrairement à un peu, cependant, il peut manifester les deux états simultanément, dans ce qu'on appelle une "superposition".

La cellule unitaire développée par l'équipe de Dzurak comprend deux qubits confinés dans une paire de points quantiques noyés dans du silicium. Le résultat, élargis, peut être fabriqué à l'aide d'usines de puces de silicium existantes, et fonctionnerait sans avoir besoin d'un refroidissement de plusieurs millions de dollars. Il serait également plus facile à intégrer avec des puces de silicium classiques, qui sera nécessaire pour contrôler le processeur quantique.

Un ordinateur quantique capable d'effectuer les calculs complexes nécessaires à la conception de nouveaux médicaments, par exemple, nécessitera des millions de paires de qubits, et est généralement accepté comme étant dans au moins une décennie. Ce besoin de millions de qubits représente un grand défi pour les concepteurs.

"Chaque paire de qubits ajoutée au système augmente la chaleur totale générée, " explique Dzurak, "et la chaleur supplémentaire conduit à des erreurs. C'est principalement pourquoi les conceptions actuelles doivent être maintenues si proches du zéro absolu."

La perspective de maintenir des ordinateurs quantiques avec suffisamment de qubits pour être utiles à des températures beaucoup plus froides que l'espace lointain est intimidante, cher et pousse la technologie de réfrigération à la limite.

L'équipe UNSW, cependant, ont créé une solution élégante au problème, en initialisant et en « lisant » les paires de qubits à l'aide d'un tunnel d'électrons entre les deux boîtes quantiques.

Les expériences de preuve de principe ont été réalisées par le Dr Henry Yang de l'équipe UNSW, que Dzurak décrit comme un « expérimentateur brillant ».