L'informatique quantique pratique a été une grande nouvelle cette année, avec des avancées significatives sur les frontières théoriques et techniques.
Mais une grande pierre d'achoppement est restée – fusionnant le paysage quantique délicat avec le numérique plus familier. Cette nouvelle conception de microprocesseur pourrait bien être la solution dont nous avons besoin.
Des chercheurs de l'Université de New South Wales (UNSW) ont mis au point un nouveau type d'architecture qui utilise des semi-conducteurs standards communs aux processeurs modernes pour effectuer des calculs quantiques.
Mis à part les détails, cela signifie essentiellement que la puissance de l'informatique quantique peut être débloquée en utilisant les mêmes types de technologies qui constituent la base des ordinateurs de bureau et des téléphones intelligents.
"Nous pensons souvent à l'atterrissage sur la Lune comme la plus grande merveille technologique de l'humanité", explique le concepteur Andrew Dzurak, directeur de l'installation de fabrication nationale australienne à l'UNSW.
"Mais créer une puce de microprocesseur avec un milliard de périphériques intégrés pour fonctionner comme une symphonie – que vous pouvez transporter dans votre poche – est une réussite technique stupéfiante, qui a révolutionné la vie moderne."
Que vous acceptiez ou non qu'une telle réalisation rivaliserait avec le voyage spatial, cette étape constitue un pas de géant pour l'informatique.
"Avec l'informatique quantique, nous sommes à la veille d'un autre saut technologique qui pourrait être aussi profond et transformant, mais une conception d'ingénierie complète pour réaliser ceci sur une seule puce a été évasive", explique Dzurak.
L'informatique quantique utilise une étrange bizarrerie de la réalité – les particules existent dans un brouillard de possibilité jusqu'à ce qu'elles soient connectées à un système qui définit leurs propriétés.
Ce brouillard de possibilités a des caractéristiques mathématiques qui sont extrêmement utiles, si vous savez comment les exploiter.
Bien que le calcul traditionnel soit binaire, représentant l'Univers comme l'un des deux symboles tels que 1s et 0s, l'informatique quantique permet à une couche de complexité d'être représentée par ce spectre de probabilités.
Le problème est que ce brouillard quantique, aussi appelé qubit, est délicat. Tout l'acte de "mesurer" n'est pas une affaire stricte, ce qui signifie que la particule peut coalescer dans la réalité – ou s'effondrer, pour utiliser le jargon – accidentellement.
Puisque des centaines, voire des centaines de milliers de qubits sont nécessaires pour que tout cela en vaille la peine, il y a beaucoup de place pour des effondrements non désirés.
Pour que les qubits instables n'introduisent pas trop d'erreurs, il faut les agencer de manière à les rendre plus robustes.
"Nous devons donc utiliser des codes de correction d'erreur qui emploient plusieurs qubits pour stocker une seule donnée", explique Dzurak.
"Notre modèle de puce incorpore un nouveau type de code de correction d'erreur conçu spécifiquement pour les qubits de spin, et implique un protocole sophistiqué des opérations à travers les millions de qubits."
Cette technologie est la première tentative de mettre tous les circuits de silicium conventionnels nécessaires pour contrôler et lire les millions de qubits nécessaires à l'informatique quantique sur une seule puce.
En termes simples, les transistors de silicium classiques sont utilisés pour contrôler une grille plate de qubits de la même manière que les portes logiques gèrent les bits à l'intérieur des processeurs de votre bureau.
"En sélectionnant des électrodes au-dessus d'un qubit, nous pouvons contrôler le spin d'un qubit, qui stocke le code binaire quantique de 0 ou 1", explique Menno Veldhorst, auteur principal de l'étude.
"Et en choisissant des électrodes entre les qubits, des interactions logiques à deux qubit, ou des calculs, peuvent être effectués entre les qubits."
Nous sommes encore loin de combiner ces avancées en de solides morceaux de technologie.
Même une fois que nous aurons les premières machines capables de modéliser des molécules de façon très détaillée, ou de croquer les statistiques sur le changement climatique à une échelle sans précédent, nous aurons besoin de codeurs qui savent utiliser les qubits.
Microsoft se penche sur cette éventualité, en publiant récemment un aperçu gratuit de son nouveau kit de développement quantique pour les programmeurs de demain désireux d'avoir une longueur d'avance.
Ça se passe. Un par un, les obstacles technologiques diminuent.
Intéressé à en savoir plus? Le clip ci-dessous a une explication soignée:
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications .
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