L'informatique quantique efficace devrait permettre des avancées impossibles avec les ordinateurs classiques. Des scientifiques du Japon et de Sydney ont collaboré et proposé une nouvelle conception bidimensionnelle pouvant être construite à l'aide de la technologie des circuits intégrés existante. Cette conception résout les problèmes typiques rencontrés par l'emballage tridimensionnel actuel pour les ordinateurs quantiques à grande échelle, rapprocher l'avenir d'un pas.

L'informatique quantique devient de plus en plus le centre d'intérêt des scientifiques dans des domaines tels que la physique et la chimie, et industriels de la pharmacie, avion, et l'industrie automobile. Globalement, les laboratoires de recherche d'entreprises comme Google et IBM consacrent des ressources considérables à l'amélioration des ordinateurs quantiques, et avec raison. Les ordinateurs quantiques utilisent les principes fondamentaux de la mécanique quantique pour traiter des quantités d'informations nettement plus importantes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. On s'attend à ce que lorsque le calcul quantique à correction d'erreur et tolérant aux pannes est réalisé, les progrès scientifiques et technologiques se produiront à une échelle sans précédent.

Mais la construction d'ordinateurs quantiques pour le calcul à grande échelle s'avère être un défi en termes d'architecture. Les unités de base d'un ordinateur quantique sont les "bits quantiques" ou "qubits". Ce sont généralement des atomes, ions, photons, particules subatomiques telles que les électrons, ou même des éléments plus grands qui existent simultanément dans plusieurs états, permettant d'obtenir rapidement plusieurs résultats potentiels pour de gros volumes de données. L'exigence théorique pour les ordinateurs quantiques est qu'ils soient disposés en matrices bidimensionnelles (2-D), où chaque qubit est à la fois couplé à son voisin le plus proche et connecté aux lignes et dispositifs de contrôle externes nécessaires. Lorsque le nombre de qubits dans un tableau est augmenté, il devient difficile d'atteindre les qubits à l'intérieur du tableau depuis le bord. La nécessité de résoudre ce problème a jusqu'à présent abouti à des systèmes de câblage tridimensionnels (3-D) complexes sur plusieurs plans dans lesquels de nombreux fils se croisent, faisant de leur construction un défi d'ingénierie important.

Un groupe de scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo, Japon, Centre RIKEN pour la science de la matière émergente, Japon, et Université de Technologie, Sydney, dirigé par le professeur Jaw-Shen Tsai, propose une solution unique à ce problème d'accessibilité qubit en modifiant l'architecture du tableau qubit. "Ici, nous résolvons ce problème et présentons une micro-architecture supraconductrice modifiée qui ne nécessite aucune technologie de ligne externe 3D et revient à une conception complètement plane, " écrivent-ils. L'étude a été publiée dans le Nouveau Journal de Physique .

Les scientifiques ont commencé avec un réseau en treillis carré qubit et ont étiré chaque colonne dans le plan 2-D. Ils ont ensuite plié chaque colonne successive l'une sur l'autre, formant un double réseau unidimensionnel appelé réseau bilinéaire. Cela a mis tous les qubits à la limite et simplifié la disposition du système de câblage requis. Le système est 2-D. Dans cette nouvelle architecture, une partie du câblage inter-qubit (chaque qubit est également connecté à tous les qubits adjacents d'un tableau) se chevauche, mais parce que ce sont les seuls chevauchements dans le câblage, De simples systèmes locaux 3-D tels que des ponts aériens au point de chevauchement suffisent et le système reste globalement en 2-D. Comme vous pouvez l'imaginer, cela simplifie considérablement sa construction.

Les scientifiques ont évalué la faisabilité de ce nouvel arrangement grâce à une évaluation numérique et expérimentale dans laquelle ils ont testé la quantité de signal retenue avant et après son passage à travers un pont aérien. Les résultats des deux évaluations ont montré qu'il est possible de construire et d'exploiter ce système en utilisant la technologie existante et sans aucun arrangement 3D.

Les expériences des scientifiques leur ont également montré que leur architecture résout plusieurs problèmes qui affligent les structures 3D :elles sont difficiles à construire, il y a diaphonie ou interférence de signal entre les ondes transmises sur deux fils, et les états quantiques fragiles des qubits peuvent se dégrader. La nouvelle conception pseudo-2-D réduit le nombre de fois où les fils se croisent, réduisant ainsi la diaphonie et augmentant par conséquent l'efficacité du système.

À une époque où les grands laboratoires du monde entier tentent de trouver des moyens de construire des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes à grande échelle, les résultats de cette nouvelle étude passionnante indiquent que de tels ordinateurs peuvent être construits en utilisant la technologie des circuits intégrés 2-D existante. "L'ordinateur quantique est un dispositif d'information censé dépasser de loin les capacités des ordinateurs modernes, " déclare le professeur Tsai. La recherche dans cette direction n'a commencé qu'avec cette étude, et le professeur Tsai conclut en disant, "Nous prévoyons de construire un circuit à petite échelle pour examiner et explorer davantage la possibilité."