Un énorme pas en avant dans l'informatique quantique vient d'être annoncé : le tout premier circuit quantique

Un énorme pas en avant dans l’informatique quantique vient d’être annoncé : le tout premier circuit quantique

Des scientifiques australiens ont créé le tout premier circuit informatique quantique au monde – un circuit qui contient tous les composants essentiels trouvés sur une puce informatique classique mais à l’échelle quantique.

La découverte historique, publiée dans La nature aujourd’hui, était de neuf ans dans la fabrication.

“C’est la découverte la plus excitante de ma carrière”, a déclaré à ScienceAlert l’auteure principale et physicienne quantique Michelle Simmons, fondatrice de Silicon Quantum Computing et directrice du Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology à l’UNSW.

Non seulement Simmons et son équipe ont créé ce qui est essentiellement un processeur quantique fonctionnel, mais ils l’ont également testé avec succès en modélisant une petite molécule dans laquelle chaque atome a plusieurs états quantiques, ce qu’un ordinateur traditionnel aurait du mal à réaliser.

Cela suggère que nous sommes maintenant sur le point d’utiliser enfin la puissance de traitement quantique pour mieux comprendre le monde qui nous entoure, même à la plus petite échelle.

“Dans les années 1950, Richard Feynman a déclaré que nous n’allons jamais comprendre comment le monde fonctionne – comment fonctionne la nature – à moins que nous ne puissions réellement commencer à le faire à la même échelle”, a déclaré Simmons à ScienceAlert.

“Si nous pouvons commencer à comprendre les matériaux à ce niveau, nous pouvons concevoir des choses qui n’ont jamais été faites auparavant.

“La question est : comment contrôlez-vous réellement la nature à ce niveau ?”

La dernière invention fait suite à la création par l’équipe du tout premier transistor quantique en 2012.

(Un transistor est un petit appareil qui contrôle les signaux électroniques et ne forme qu’une partie d’un circuit informatique. Un circuit intégré est plus complexe car il assemble de nombreux transistors.)

Pour faire ce saut dans l’informatique quantique, les chercheurs ont utilisé un microscope à effet tunnel dans un ultra-vide pour placer des points quantiques avec une précision inférieure au nanomètre.

Le placement de chaque point quantique devait être juste pour que le circuit puisse imiter la façon dont les électrons sautent le long d’une chaîne de carbones à liaison simple et double dans une molécule de polyacétylène.

Les parties les plus délicates consistaient à déterminer : combien d’atomes de phosphore exactement devrait se trouver dans chaque point quantique ; exactement à quelle distance chaque point doit être; puis concevoir une machine qui pourrait placer les minuscules points exactement dans le bon arrangement à l’intérieur de la puce de silicium.

Si les points quantiques sont trop grands, l’interaction entre deux points devient “trop ​​grande pour les contrôler indépendamment”, disent les chercheurs.

Si les points sont trop petits, cela introduit un caractère aléatoire car chaque atome de phosphore supplémentaire peut modifier considérablement la quantité d’énergie nécessaire pour ajouter un autre électron au point.

La puce quantique finale contenait 10 points quantiques, chacun composé d’un petit nombre d’atomes de phosphore.

Les doubles liaisons carbone ont été simulées en mettant moins de distance entre les points quantiques que les simples liaisons carbone.

Le polyacétylène a été choisi parce que c’est un modèle bien connu et qu’il pouvait donc être utilisé pour prouver que l’ordinateur simulait correctement le mouvement des électrons à travers la molécule.

Les ordinateurs quantiques sont nécessaires parce que les ordinateurs classiques ne peuvent pas modéliser de grosses molécules ; ils sont tout simplement trop complexes.

Par exemple, pour créer une simulation de la molécule de pénicilline avec 41 atomes, un ordinateur classique aurait besoin de 1086 transistors, c’est-à-dire “plus de transistors qu’il n’y a d’atomes dans l’univers observable”.

Pour un ordinateur quantique, il ne faudrait qu’un processeur de 286 qubits (bits quantiques).

Parce que les scientifiques ont actuellement une visibilité limitée sur la façon dont les molécules fonctionnent à l’échelle atomique, il y a beaucoup de conjectures dans la création de nouveaux matériaux.

“L’un des Saint Graal a toujours été de fabriquer un supraconducteur à haute température”, déclare Simmons. “Les gens ne connaissent tout simplement pas le mécanisme de son fonctionnement.”

Une autre application potentielle de l’informatique quantique est l’étude de la photosynthèse artificielle et de la façon dont la lumière est convertie en énergie chimique par une chaîne organique de réactions.

Un autre gros problème que les ordinateurs quantiques pourraient aider à résoudre est la création d’engrais. Les triples liaisons azotées sont actuellement rompues dans des conditions de température et de pression élevées en présence d’un catalyseur au fer pour créer de l’azote fixe pour l’engrais.

Trouver un catalyseur différent qui peut rendre l’engrais plus efficace pourrait économiser beaucoup d’argent et d’énergie.

Selon Simmons, la réussite du passage du transistor quantique au circuit en seulement neuf ans imite la feuille de route établie par les inventeurs des ordinateurs classiques.

Le premier transistor informatique classique a été créé en 1947. Le premier circuit intégré a été construit en 1958. Ces deux inventions avaient 11 ans d’écart ; L’équipe de Simmons a fait ce saut deux ans plus tôt que prévu.

Cet article a été publié dans La nature.

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