Prochaine grande étape pour intensifier l’informatique quantique –

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  • Des scientifiques et ingénieurs de l’Université de Sydney et de Microsoft Corporation ont ouvert le prochain chapitre de la technologie quantique avec l’invention d’une puce unique capable de générer des signaux de contrôle pour des milliers de qubits, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques.

    “Pour réaliser le potentiel de l’informatique quantique, les machines devront faire fonctionner des milliers, voire des millions de qubits”, a déclaré le professeur David Reilly, un concepteur de la puce qui occupe une position commune avec Microsoft et l’Université de Sydney.

    “Les plus grands ordinateurs quantiques du monde fonctionnent actuellement avec seulement 50 qubits”, a-t-il déclaré. “Cette petite échelle est en partie due aux limites de l’architecture physique qui contrôle les qubits.”

    “Notre nouvelle puce met fin à ces limites.”

    Les résultats ont été publiés dans Electronique Nature.

    La plupart des systèmes quantiques nécessitent des bits quantiques, ou qubits, pour fonctionner à des températures proches du zéro absolu (-273,15 degrés). Ceci afin de les empêcher de perdre leur «quantique», le caractère de matière ou de lumière dont les ordinateurs quantiques ont besoin pour effectuer leurs calculs spécialisés.

    Pour que les appareils quantiques puissent faire quelque chose d’utile, ils ont besoin d’instructions. Cela signifie envoyer et recevoir des signaux électroniques vers et depuis les qubits. Avec l’architecture quantique actuelle, cela implique beaucoup de fils.

    «Les machines actuelles créent une belle gamme de fils pour contrôler les signaux; elles ressemblent à un nid d’oiseau doré inversé ou à un lustre. Elles sont jolies, mais fondamentalement peu pratiques. Cela signifie que nous ne pouvons pas faire évoluer les machines pour effectuer des calculs utiles. Il existe un véritable goulot d’étranglement des entrées-sorties », a déclaré le professeur Reilly, également chercheur en chef au Centre ARC pour les systèmes quantiques d’ingénierie (EQUS).

    Ingénieur matériel principal de Microsoft, le Dr Kushal Das, inventeur conjoint de la puce, a déclaré: «Notre appareil supprime tous ces câbles. Avec seulement deux fils transportant des informations en entrée, il peut générer des signaux de contrôle pour des milliers de qubits.

    “Cela change tout pour l’informatique quantique.”

    La puce de contrôle a été développée dans les laboratoires Microsoft Quantum de l’Université de Sydney, un partenariat unique entre l’industrie et les universités qui change la façon dont les scientifiques abordent les défis de l’ingénierie.

    “La construction d’un ordinateur quantique est peut-être la tâche d’ingénierie la plus difficile du 21e siècle. Cela ne peut pas être réalisé en travaillant avec une petite équipe dans un laboratoire universitaire dans un seul pays, mais a besoin de l’échelle offerte par un géant mondial de la technologie comme Microsoft,” Dit le professeur Reilly.

    «Grâce à notre partenariat avec Microsoft, nous n’avons pas seulement suggéré une architecture théorique pour surmonter le goulot d’étranglement entrée-sortie, nous l’avons construite.

    «Nous l’avons démontré en concevant une puce de silicium personnalisée et en la couplant à un système quantique», a-t-il déclaré. “Je suis convaincu qu’il s’agit du circuit intégré le plus avancé jamais conçu pour fonctionner à des températures cryogéniques profondes.”

    S’ils sont réalisés, les ordinateurs quantiques promettent de révolutionner les technologies de l’information en résolvant des problèmes dépassant le cadre des ordinateurs classiques dans des domaines aussi divers que la cryptographie, la médecine, la finance, l’intelligence artificielle et la logistique.

    BUDGET DE PUISSANCE

    Les ordinateurs quantiques sont à un stade similaire à celui des ordinateurs classiques dans les années 1940. Des machines comme ENIAC, le premier ordinateur électronique au monde, nécessitaient des salles de systèmes de contrôle pour réaliser n’importe quelle fonction utile.

    Il a fallu des décennies pour surmonter les défis scientifiques et techniques qui permettent désormais à des milliards de transistors de s’intégrer dans votre téléphone mobile.

    «Notre industrie est peut-être confrontée à des défis encore plus importants pour amener l’informatique quantique au-delà du stade ENIAC», a déclaré le professeur Reilly.

    «Nous devons concevoir des puces de silicium très complexes qui fonctionnent à 0,1 Kelvin», a-t-il déclaré. “C’est un environnement 30 fois plus froid que l’espace lointain.”

    La recherche doctorale du Dr Sebastian Pauka à l’Université de Sydney a englobé une grande partie des travaux d’interface des dispositifs quantiques avec la puce. Il a déclaré: “Fonctionner à des températures aussi froides signifie que nous avons un budget de puissance incroyablement bas. Si nous essayons de mettre plus de puissance dans le système, nous surchauffons l’ensemble.”

    Afin d’atteindre leur résultat, les scientifiques de Sydney et de Microsoft ont construit le circuit intégré le plus avancé pour fonctionner à des températures cryogéniques.

    “Nous l’avons fait en concevant un système qui fonctionne à proximité des qubits sans perturber leurs opérations”, a déclaré le professeur Reilly.

    «Les systèmes de contrôle actuels des qubits sont éloignés de quelques mètres de l’action, pour ainsi dire. Ils existent principalement à température ambiante.

    “Dans notre système, nous n’avons pas besoin de quitter la plate-forme cryogénique. La puce est là avec les qubits. Cela signifie une puissance plus faible et des vitesses plus élevées. C’est un véritable système de contrôle pour la technologie quantique.”

    ANNÉES D’INGÉNIERIE

    «Déterminer comment contrôler ces appareils prend des années de développement technique», a déclaré le professeur Reilly. «Pour cet appareil, nous avons commencé il y a quatre ans lorsque l’Université de Sydney a commencé son partenariat avec Microsoft, qui représente le plus gros investissement dans la technologie quantique en Australie.

    «Nous avons construit de nombreux modèles et bibliothèques de conception pour capturer le comportement des transistors à des températures cryogéniques profondes. Ensuite, nous avons dû construire des appareils, les faire vérifier, les caractériser et enfin les connecter à des qubits pour les voir fonctionner dans la pratique.

    Le vice-chancelier et directeur de l’Université de Sydney, le professeur Stephen Garton, a déclaré: “L’ensemble de la communauté universitaire est fière du succès du professeur Reilly et nous attendons avec impatience de nombreuses années de partenariat continu avec Microsoft.”

    Le professeur Reilly a déclaré que le domaine avait maintenant fondamentalement changé. «Il ne s’agit pas seulement de ‘voici mon qubit’. Il s’agit de la façon dont vous construisez toutes les couches et toute la technologie pour construire une vraie machine.

    “Notre partenariat avec Microsoft nous permet de travailler avec la rigueur académique, avec l’avantage de voir nos résultats rapidement mis en pratique.”

    Le vice-chancelier adjoint (Recherche), le professeur Duncan Ivison, a déclaré: “Notre partenariat avec Microsoft a consisté à concrétiser la vision inspirée de David Reilly pour permettre la technologie quantique. C’est formidable de voir cette vision devenir une réalité.”

    Le professeur Reilly a déclaré: “Si nous étions restés uniquement dans le milieu universitaire, cette puce n’aurait jamais été construite.”

    Le scientifique australien a déclaré qu’il ne s’arrêtait pas là.

    «Nous ne faisons que commencer cette nouvelle vague d’innovation quantique», a-t-il déclaré. “Le grand avantage de ce partenariat est que nous ne nous contentons pas de publier un article et de passer à autre chose. Nous pouvons maintenant continuer avec le plan pour réaliser la technologie quantique à l’échelle industrielle.”

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