Les ordinateurs quantiques ont longtemps été un rêve lointain des chercheurs en informatique, mais ils deviennent aujourd’hui progressivement une réalité. Ces ordinateurs promettent de résoudre des problèmes complexes qui prendraient des milliers d’années à résoudre aux ordinateurs traditionnels. Toutefois, pour qu’ils atteignent leur plein potentiel, il est nécessaire de manipuler avec une extrême précision de petites unités d’information appelées qubits. Pourtant, une équipe de chercheurs a récemment réalisé une avancée spectaculaire en parvenant à contrôler quatre qubits simultanément avec une précision sans précédent.
Qu’est-ce qu’un qubit et pourquoi est-il si important ?
Dans les ordinateurs traditionnels, les informations sont stockées et traitées sous forme de bits qui peuvent être soit 0, soit 1. Ces ordinateurs fonctionnent donc sur une base binaire. Les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Un qubit, en raison des lois de la physique quantique, peut exister dans un état de superpositionc’est-à-dire qu’il peut être 0 et 1 simultanément. Cette capacité à se trouver dans plusieurs états en même temps permet aux ordinateurs quantiques pour effectuer des calculs beaucoup plus rapidement que leurs homologues traditionnels, notamment pour des tâches complexes telles que la modélisation de molécules ou la résolution de certains types de problèmes d’optimisation.
Cependant, contrôler ces qubits n’est pas une tâche simple. Ils sont en effet extrêmement sensible aux perturbations extérieuresce qui les rend difficiles à manipuler et à maintenir dans un état stable. Cela a posé l’un des principaux défis aux chercheurs en informatique quantique : parvenir à un contrôle précis de plusieurs qubits en même temps.
Une avancée majeure dans le contrôle des qubits
C’est dans ce contexte que l’équipe de l’Université de Technologie de Delft (TU Delft), aux Pays-Bas, a récemment réalisé un exploit impressionnant. Les chercheurs ont réussi à contrôler un système à quatre qubits à l’aide de points quantiques. Les points quantiques sont de minuscules dispositifs semi-conducteurs dans lesquels sont confinés des qubits. Grâce aux progrès des techniques de mesure et de contrôle, l’équipe a démontré qu’il est désormais possible de manipuler ces qubits de manière très précise, ce qui représente une avancée majeure dans le domaine.
Lieven Vandersypen, l’auteur principal de l’étude, explique que lors de ces nouvelles recherches, l’équipe a d’abord cherché à ajuster les interactions entre les qubits, notamment les échanges de spin (les mouvements internes des particules subatomiques) dans un réseau de points quantiques. Pour ce faire, ils ont utilisé des impulsions de tension pour contrôler les interactions entre les spins de chaque qubit. Cette méthode a permis à l’équipe non seulement de contrôler les qubits individuellement, mais également d’effectuer des opérations sur plusieurs qubits simultanément, créant ainsi des portes quantiques qui échangent des informations entre deux qubits à la fois.
Pourquoi cette découverte est-elle si importante ?
Avant cette découverte, les chercheurs étaient parvenus à contrôler des systèmes quantiques composés de seulement deux qubits. L’équipe de la TU Delft est la première à avoir montré qu’il est possible de contrôler avec précision un système de quatre qubits suffisant pour effectuer des opérations quantiques fiables. Cette avancée est significative, car plus le nombre de qubits augmente, plus le système devient complexe. Contrôler davantage de qubits est essentiel pour que les ordinateurs quantiques puissent effectuer des calculs vraiment puissants.
Chaque qubit de ce système est constitué de deux spins et leur manipulation s’effectue par des impulsions de tension précises. Ce contrôle sur chaque qubit ouvre la voie à de nouvelles possibilités à l’échelle des ordinateurs quantiques, permettant des calculs plus importants et plus rapides. Cette nouvelle méthode est prometteuse car elle permet non seulement de contrôler des qubits isolés, mais aussi de réaliser des interactions complexes entre qubits dans un réseau.
L’impact futur de cette avancée
La capacité de contrôler plusieurs qubits à la fois n’est pas simplement une prouesse technologique ; elle en a beaucoup applications potentielles dans divers domaines. Par exemple, les chercheurs en chimie et en biologie pourraient utiliser des ordinateurs quantiques pour simuler des molécules complexes, ce qui pourrait révolutionner le développement de nouveaux médicaments et matériaux. Dans le domaine de l’intelligence artificielle, des algorithmes quantiques plus puissants pourraient être développés pour traiter les données beaucoup plus rapidement et efficacement qu’aujourd’hui.
De plus, cette avancée pourrait permettre de simuler des phénomènes physiques complexes comme le magnétisme ou la physique des matériaux à l’échelle atomique. En modélisant ces phénomènes avec plus de précision, les chercheurs pourraient mieux comprendre les phénomènes naturels fondamentaux, voire développer de nouvelles technologies dans des secteurs comme les batteries de nouvelle génération ou l’optimisation des réseaux énergétiques.
Un chemin encore semé d’embûches
Bien que cette découverte constitue une étape importante, il reste encore beaucoup à faire avant que l’informatique quantique devienne une réalité pleinement fonctionnelle et accessible. Par exemple, la fidélité des opérations à deux qubits (celles qui échangent des informations entre deux qubits différents) devra être améliorée et des techniques permettant de gérer les erreurs quantiques devront être développées. L’une des prochaines étapes cruciales serait de démontrer que ces portes quantiques à deux qubits peuvent également être réalisées avec une fidélité supérieure à 99 %, ce qui garantirait des calculs plus fiables et plus durables.
