Les ordinateurs quantiques seront construits comme des LEGO

Les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des calculs basés sur les principes de la mécanique quantique et devraient surpasser les ordinateurs classiques dans certains types de tâches d’optimisation et de traitement.

Bien que les physiciens et les ingénieurs aient démontré divers systèmes informatiques quantiques au cours des dernières décennies, la mise à l’échelle fiable de ces systèmes afin qu’ils puissent résoudre des problèmes pratiques tout en corrigeant les erreurs qui surviennent pendant le calcul a jusqu’à présent été un défi.

Việc liên kết các qubit bên trong máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề. — La liaison des qubits à l’intérieur des ordinateurs quantiques reste un problème.

Construire un ordinateur quantique comme un appareil unique et unifié s'est avéré extrêmement difficile. Ces machines reposent sur la manipulation de millions de qubits, les unités de base de l'information quantique, mais assembler un nombre aussi important en un seul système représente un défi majeur.

Tout comme les petits blocs LEGO s’assemblent pour former des conceptions plus grandes et plus complexes, les chercheurs peuvent construire des modules plus petits et de meilleure qualité, puis les connecter ensemble pour former un système quantique complet.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont récemment présenté une nouvelle architecture quantique modulaire permettant une mise à l'échelle tolérante aux pannes, évolutive et reconfigurable des processeurs quantiques supraconducteurs. Cette mise à l'échelle tolérante aux pannes est essentielle au maintien des effets quantiques et des conditions nécessaires à la réalisation de calculs quantiques à long terme.

Le protocole de câble d'interconnexion relie les blocs de qubits entre eux comme des briques LEGO.

Le système qu'ils proposent, présenté dans un article publié dans la revue Nature Electronics , se compose de plusieurs modules (c'est-à-dire des dispositifs qubits supraconducteurs) qui peuvent fonctionner indépendamment et sont connectés à d'autres modules via des interconnexions et forment un réseau quantique plus grand.

En termes simples, grâce à ces connexions, chaque qubit du système n'aura besoin que d'être « plug and play », comme on ajoute des périphériques à un ordinateur classique. Ce type de câble d'interconnexion permet également de réduire l'erreur de calcul du système à moins de 1 %.

« Le point de départ de cette recherche était la compréhension actuelle dans le domaine de l'informatique quantique supraconductrice selon laquelle nous aurions besoin de diviser le processeur en plusieurs dispositifs indépendants - une approche que nous appelons « informatique quantique modulaire » », décrit Wolfgang Pfaff, co-auteur de l'étude.

Ces dernières années, cette idée est devenue populaire, et même des entreprises comme IBM s'y intéressent. Cette recherche pourrait permettre de créer un lien favorable à l'ingénierie avec l'approche modulaire.

Essentiellement, Pfaff et ses collègues élaborent une stratégie pour connecter des dispositifs quantiques tout en minimisant la dégradation du signal ou la perte de puissance lors de la transmission d'informations quantiques. De plus, ils souhaitent pouvoir connecter, déconnecter et reconfigurer facilement les dispositifs.

« En termes simples, notre méthode consiste à utiliser un câble coaxial supraconducteur de haute qualité appelé résonateur de bus », explique Pfaff.

Ils connectent un qubit capacitif à un câble via un connecteur personnalisé, plaçant le câble très près (précision inférieure au mm) du qubit, puis de plusieurs qubits s'ils sont connectés au même câble.

La nouvelle approche des chercheurs pour créer des réseaux quantiques modulaires présente des avantages significatifs par rapport aux approches précédentes de mise à l’échelle des systèmes quantiques.

Lors des premiers tests, ils ont découvert que cette méthode leur permettait de connecter en toute sécurité des dispositifs quantiques à base de supraconducteurs et de les déconnecter ultérieurement sans les endommager, sans provoquer de perte de signal significative dans les portes quantiques.

« Avec notre approche, je pense que nous avons la possibilité de construire des systèmes quantiques reconfigurables à partir de zéro, avec la possibilité, par exemple, de « brancher » davantage de modules de processeur au réseau de dispositifs quantiques au fil du temps », a ajouté Pfaff.

Nous travaillons actuellement sur une conception visant à déterminer si nous pouvons augmenter le nombre d'éléments connectés et ainsi agrandir notre réseau. Nous étudions également comment mieux compenser les pertes du système et rendre l'architecture compatible avec la correction d'erreurs quantiques.