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IBM présente une puce d'informatique quantique
Une puce supraconductrice développée chez IBM démontre une étape importante nécessaire à la création de processeurs informatiques qui calculent les chiffres en exploitant l'étrangeté de la physique quantique. S'ils sont développés avec succès, les ordinateurs quantiques pourraient effectivement prendre des raccourcis à travers de nombreux calculs qui sont difficiles pour les ordinateurs d'aujourd'hui.
Lorsqu'ils sont refroidis à une fraction de degré au-dessus du zéro absolu, les quatre éléments sombres au centre du circuit au milieu de cette image peuvent représenter des données numériques à l'aide d'effets mécaniques quantiques.
La nouvelle puce d'IBM est la première à intégrer les dispositifs de base nécessaires à la construction d'un ordinateur quantique, appelés qubits, dans une grille 2D. Les chercheurs pensent que l'un des meilleurs moyens de créer un ordinateur quantique pratique consisterait à créer des grilles de centaines ou de milliers de qubits travaillant ensemble. Les circuits de la puce d'IBM sont fabriqués à partir de métaux qui deviennent supraconducteurs lorsqu'ils sont refroidis à des températures extrêmement basses. La puce fonctionne à seulement une fraction de degré au-dessus du zéro absolu.
La puce d'IBM ne contient que la grille la plus simple possible, quatre qubits dans un tableau deux par deux. Mais auparavant, les chercheurs avaient seulement montré qu'ils pouvaient faire fonctionner des qubits ensemble lorsqu'ils étaient disposés en ligne. Contrairement aux bits binaires conventionnels, un qubit peut entrer dans un état de superposition où il est effectivement à la fois 0 et 1 en même temps. Lorsque les qubits dans cet état fonctionnent ensemble, ils peuvent effectuer des calculs complexes d'une manière impossible pour le matériel conventionnel. Google, la NASA, Microsoft, IBM et le gouvernement américain travaillent tous sur cette technologie.
Il existe différentes façons de fabriquer des qubits, les circuits supraconducteurs comme ceux utilisés par IBM et Google étant l'un des plus prometteurs. Cependant, tous les qubits souffrent du fait que les effets quantiques qu'ils utilisent pour représenter les données sont très sensibles aux interférences. Une grande partie des travaux actuels visent à montrer que de petits groupes de qubits peuvent détecter le moment où des erreurs se sont produites afin qu'elles puissent être contournées ou corrigées.
Plus tôt cette année, des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et Google ont annoncé avoir fabriqué une puce avec neuf qubits supraconducteurs disposés en ligne (Google Researchers Make Quantum Computing Components More Reliable). Certains des qubits de ce système pourraient détecter quand leurs autres appareils ont subi un type d'erreur appelé bit-flip, où un qubit représentant un 0 se transforme en 1 ou vice versa.
Cependant, les qubits souffrent également d'un deuxième type d'erreur connu sous le nom de retournement de phase, où l'état de superposition d'un qubit est déformé. Les qubits ne peuvent détecter cela dans d'autres qubits que s'ils travaillent ensemble dans un tableau 2-D, dit Jay Gambetta , qui dirige le groupe de recherche sur l'informatique quantique d'IBM au T.J. Centre de recherche Watson à Yorktown Heights, New York.
Un article publié aujourd'hui détaille comment la puce d'IBM avec quatre qubits disposés en carré peut détecter à la fois les retournements de bit et de phase. Une paire de qubits est vérifiée pour les erreurs par l'autre paire de qubits. L'une des paires effectuant la vérification recherche les retournements de bits et l'autre les retournements de phase.
C'est un tremplin vers la démonstration d'une plus grande place, dit Gambetta. Il y aura d'autres défis qui émergeront à mesure que la place s'agrandit, mais cela semble très optimiste pour les prochaines étapes.
Gambetta dit que son équipe a dû concevoir avec soin sa nouvelle puce pour surmonter les problèmes d'interférence causés par la proximité des quatre qubits. Ils expérimentent déjà une puce qui a une grille de huit qubits dans un rectangle de deux par quatre, dit-il.
Raymond Laflamme , directeur de l'institut d'informatique quantique de l'Université de Waterloo, au Canada, décrit les résultats d'IBM comme une étape importante [vers] des processeurs quantiques fiables. La gestion des erreurs est l’un des problèmes les plus importants du domaine. L'informatique quantique promet de nombreuses applications époustouflantes, mais elle est entravée par la fragilité de l'information quantique.
Pour vraiment résoudre ce problème, il faut aller plus loin que les derniers résultats d'IBM, corriger les erreurs de qubit et les détecter. Cela ne peut être démontré que sur une plus grande grille de qubits, dit Laflamme. Cependant, tous les chercheurs en informatique quantique ne pensent pas que des qubits comme ceux construits chez IBM, Google et ailleurs seront un jour utilisables dans de grandes collections. Des chercheurs de Microsoft et de Bell Labs travaillent à créer une conception complètement différente de qubit qui devrait être moins sujette aux erreurs en premier lieu (voir la mécanique quantique de Microsoft).