Des chercheurs inventent un “réfrigérateur” à l’échelle nanométrique pour les ordinateurs quantiques

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Une équipe de chercheurs du département de physique appliquée de l’université Aalto, en Finlande, a inventé un réfrigérateur de circuits quantiques, qui peut réduire les erreurs dans l’informatique quantique.

Photo de la puce de silicium de taille centimétrique, qui comporte deux oscillateurs supraconducteurs parallèles et les réfrigérateurs à circuit quantique qui y sont connectés. Crédit image : Kuan Yen Tan / Université d'Aalto.

Photo de la puce de silicium de taille centimétrique, qui possède deux oscillateurs supraconducteurs parallèles et les réfrigérateurs à circuit quantique qui y sont connectés. Crédit image : Kuan Yen Tan / Université d’Aalto.

“La différence entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs que nous utilisons aujourd’hui est qu’au lieu de bits normaux, ils calculent avec des bits quantiques (qubits)”, ont déclaré les physiciens.

“Les bits qui sont écrasés dans votre ordinateur portable sont soit des zéros, soit des uns, alors qu’un qubit peut exister simultanément dans les deux états. Cette polyvalence des qubits est nécessaire pour les calculs complexes, mais elle les rend également sensibles aux perturbations extérieures.”

Tout comme les processeurs ordinaires, les ordinateurs quantiques ont également besoin d’un mécanisme de refroidissement.

“À l’avenir, des milliers, voire des millions de qubits logiques pourront être utilisés simultanément dans le calcul, et pour obtenir un résultat correct, chaque qubit doit être réinitialisé au début du calcul”, ont-ils ajouté.

“Si les qubits sont trop chauds, ils ne peuvent pas être initialisés car ils passent trop d’un état à l’autre”.

C’est le problème auquel les physiciens Mikko Möttönen, Kuan Yen Tan et leurs co-auteurs de l’université d’Aalto ont développé une solution.

Le réfrigérateur à l’échelle nanométrique inventé par l’équipe résout un défi de taille : avec son aide, la plupart des dispositifs quantiques électriques peuvent être initialisés rapidement. Les dispositifs deviennent ainsi plus puissants et plus fiables.

“J’ai travaillé sur ce gadget pendant cinq ans et il fonctionne enfin”, a déclaré Tan.

L’équipe a refroidi un résonateur supraconducteur de type qubit en utilisant l’effet tunnel d’électrons uniques à travers un isolant de 2 nm d’épaisseur.

Les auteurs ont donné aux électrons un peu trop peu d’énergie à partir d’une source de tension externe par rapport à ce qui est nécessaire pour l’effet tunnel direct.

Par conséquent, l’électron capte l’énergie manquante requise pour l’effet tunnel à partir du dispositif quantique voisin, et donc le dispositif perd de l’énergie et se refroidit.

Le refroidissement peut être désactivé en ajustant la tension externe à zéro.

Ensuite, même l’énergie disponible du dispositif quantique n’est pas suffisante pour pousser l’électron à travers l’isolant.

“Notre réfrigérateur garde les quanta en ordre”, a déclaré le Dr Möttönen.

“Nous envisageons maintenant de refroidir de véritables bits quantiques en plus des résonateurs et nous voulons abaisser la température minimale réalisable avec le réfrigérateur et rendre son interrupteur marche/arrêt super rapide.”

La recherche est publiée dans le journal Nature Communications.

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