Cambridge crée une première étape vers l’ordinateur quantique

L’équipe du laboratoire Hitachi-Cambridge a développé pour la première fois un nouveau support de silicium pour le calcul quantique : une charge localisée quantique qubit sur une couche de silicium. Après quatre années de recherche, cette structure est la première étape vers l’ordinateur quantique fonctionnant selon une technologie au silicium.

Le plus puissant superordinateur pourrait devenir obsolète dans un futur proche, grâce à une approche totalement différente du processus de l’information. Dans un ordinateur classique, l’unité de base est le ‘bit’ qui ne peut exister que sous deux formes, 1 ou 0. L’ordinateur quantique utilise le bit quantique ou qubit qui peut être la superposition des états, une sorte de mélange simultané de 0 et de 1. Le qubit est aussi soumis à la cohérence quantique. Quand deux ou plus sont en cohérences, ils se comportent comme un seul système, par conséquence l’état d’un qubit dépend directement de l’état des autres. Théoriquement la puissance de calcul d’un système à information quantique augmente exponentiellement alors que le système binaire conventionnel croît linéairement. Bien que les divers principes du calcul quantique soient établis, il reste un vaste chemin à parcourir avant de pouvoir travailler sur son ordinateur quantique. En 2002 IBM est arrivé à factoriser le nombre 15 en utilisant 7 qubits. Cependant la durée de vie des qubits étaient très limitée dû à leur grande instabilité. De vastes possibilités s’offrent pour les utilisations gourmandes en puissance de calcul comme la bioinformatique pour simuler le cerveau humain, la météorologie et surtout les systèmes de décodages militaires.

L’une des approches pour construire l’ordinateur quantique dit à ‘état solide’ (c’est-à-dire physiquement utilisable) est de placer les états quantiques artificiels d’atome et de molécules sur un système support semi-conducteur. C’est ce que l’équipe scientiique en collaboration avec l’entreprise Hitachi est arrivé à créer en isolant une double charge quantique localisée, soit un qubit, sur un support au silicium. Pour obtenir un circuit quantique viable, il est indispensable d’avoir au moment voulu un nombre suffisant de qubits cohérents, de pouvoir contrôler les interactions entre les qubits pour former une architecture et enfin de pouvoir les assimiler dans un circuit de mesure. Toutes ces opérations (initialisation, manipulation et mesure) ont été achevées : une porte électrique (« electrical gate ») qui permet de créer localement un champ électrique avec une grande précision assure l’initialisation et la manipulation et un transistor à simple électron permet la mesure du résultat. Le système créé a fournit un long temps de cohérence qui n’était pas attendu et offre une bonne souplesse pour être placé sur des circuits à deux dimensions comme les microprocesseurs conventionnels. Les Docteurs Gorman et Hasko de l’université de Cambridge sont donc parvenus à élaborer le point de départ pour passer d’un système quantique élémentaire à un système quantique plus développé et complexe. Il faudra toute fois attendre encore un peu avant de pouvoir introduire une carte mère quantique dans son ordinateur.

Auteur : Yacine Touati

Source : Physorg, press release, 31/08/05, www.physorg.com Cambridge, www.cambridge.org/uk