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Nous aurions plus d'ordinateurs quantiques s'il n'était pas si difficile de trouver ces satanés câbles
Les machines quantiques offriront le prochain grand bond en avant dans l'informatique, mais les chercheurs qui les construisent ne peuvent pas facilement obtenir certains des composants exotiques dont ils ont besoin. 17 janvier 2019
Université de Californie, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson passe beaucoup de temps à réfléchir à des choses comme les câbles supraconducteurs et les réfrigérateurs surfondus. En tant que vice-président de l'ingénierie quantique chez Calcul des rejets , une startup qui fabrique des ordinateurs quantiques, Johnson est chargé de trouver et d'acquérir les composants nécessaires pour assembler les machines.
C'est difficile, car ce qui était autrefois une technologie ésotérique et expérimentale se transforme en une technologie plus courante défendue par des sociétés géantes telles qu'IBM, Google et Alibaba en Chine, ainsi que par des startups ambitieuses comme Rigetti et IonQ. En conséquence, la demande augmente beaucoup plus rapidement que l'offre dans certains domaines critiques.
Par exemple, cela peut prendre plusieurs mois - et parfois un an ou plus - pour se procurer des réfrigérateurs à dilution spécialisés qui peuvent être refroidis à des températures plus froides que l'espace extra-atmosphérique pour aider à créer des bits quantiques, ou qubits, qui sont la clé des ordinateurs quantiques. Puissance. Un autre point d'étranglement, dit Johnson, est le câblage spécialisé nécessaire pour transmettre les signaux micro-ondes qui contrôlent les qubits.
Les longs délais nécessaires à l'acquisition de certains composants freinent les progrès. Cela ralentit la capacité des équipes à travailler en parallèle sur la recherche sur le terrain, explique Irfan Siddiqi, professeur à l'université de Californie à Berkeley.
Technologie exotique
L'une des principales raisons de ce mal de tête est que les ordinateurs quantiques ne peuvent pas utiliser une grande partie de l'infrastructure développée pour les machines classiques. Ils sont basés sur des principes exotiques, ce qui signifie qu'ils ont un matériel vraiment exotique, note Chris Monroe, professeur à l'Université du Maryland et PDG de IonQ .
Contrairement aux bits classiques, qui peuvent représenter soit un un ou un 0 , les qubits sont des particules telles que des atomes ou des électrons qui peuvent occuper un état quantique des deux un et 0 en même temps, ne prenant une valeur définie que lorsqu'ils sont mesurés. Ils peuvent également s'influencer les uns les autres via un processus presque mystique appelé enchevêtrement.
Ces propriétés pourraient un jour permettre à une machine quantique de surpasser même le supercalculateur classique le plus puissant. Mais produire et gérer des qubits reste un énorme défi d'ingénierie.
Rigetti, comme Google et IBM, se concentre sur l'utilisation d'électrons circulant dans des fils supraconducteurs refroidis à des températures extrêmes, ce qui explique la nécessité des réfrigérateurs à dilution. Le problème est que ces énormes cylindres, qui peuvent coûter entre 500 000 et 1 million de dollars chacun, sont fabriqués sur mesure, et les chercheurs affirment que seules quelques entreprises, comme BlueFors en Finlande et Oxford Instruments au Royaume-Uni, en produisent de haute qualité.
Les réfrigérateurs nécessitent également une combinaison de gaz pour la surfusion, y compris l'hélium-3, un isotope de l'hélium qui, selon Johnson, est extrêmement difficile à trouver. C'est généralement un sous-produit de la recherche nucléaire et des programmes d'armement gérés par les gouvernements, qui contrôlent étroitement la disponibilité. Le gaz est si rare qu'il peut coûter jusqu'à 40 000 $ pour le montant nécessaire pour un réfrigérateur.
Câblodistributeur
Ensuite, il y a ces câbles supraconducteurs qui transportent les signaux utilisés pour contrôler les qubits. Ceux-ci sont spécialement conçus pour conduire très peu de chaleur afin de ne pas perturber l'état quantique délicat des qubits à l'intérieur des réfrigérateurs. Johnson dit qu'un seul fabricant principal les fournit, une société japonaise appelée Coax Co.
Les ordinateurs quantiques peuvent être construits d'autres manières qui ne reposent pas sur la cryogénie, mais celles-ci font face à leurs propres défis. La société de Monroe, par exemple, piège des atomes individuels dans des champs électromagnétiques sur une puce de silicium dans une chambre à ultra-vide. Les lasers sont ensuite utilisés pour contrôler les qubits atomiques.
Pour que le processus fonctionne, la puce doit contenir de petits dépôts d'or. Mais les usines de fabrication de silicium standard, ou fabs, ne sont pas configurées pour répondre à ces exigences spécialisées. IonQ met sur pied une équipe pour développer ses propres conceptions et susciter l'intérêt extérieur pour les fabriquer.
Siddiqi de l'UC Berkeley dit qu'il utilise des discours lors de conférences comme DesignCon , un grand événement de composants électroniques dans la Silicon Valley plus tard ce mois-ci, pour encourager davantage d'entreprises à s'intéresser à l'industrie quantique. Le nouveau plan national américain pour faire progresser la science de l'information quantique, et un plan similaire en Europe, pourraient également stimuler davantage d'activité parmi les fournisseurs potentiels.
Les startups pourraient aussi aider. Une jeune entreprise aux Pays-Bas, Circuits de Delft , développe déjà une technologie pour aider à surveiller et contrôler les qubits, y compris certains câbles spécialisés pour transporter les signaux micro-ondes.
Jakob Kammhuber, son directeur de la technologie, affirme que si les ordinateurs quantiques s'efforcent de gérer environ 100 qubits aujourd'hui, ce nombre devra monter en flèche pour que les machines soient vraiment utiles, et des solutions matérielles innovantes seront rapidement nécessaires pour les contrôler.