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Avoir un ordinateur quantique avec des millions de qubits est un rêve, et la puce de contrôle quantique cryogénique d’Intel nous en rapproche

Intel, IBM, Google et Honeywell font partie des sociétés qui parient le plus fortement sur l’informatique quantique. Les avancées que cette discipline a connues au cours des cinq dernières années sont très remarquables, mais elles restent essentielles résoudre divers défis presque titanesques développer un ordinateur quantique avec des millions de qubits pour nous aider à résoudre des problèmes dont nous ne nous permettons actuellement que le luxe de rêver.

L’un des plus grands défis sur lesquels les chercheurs en informatique quantique travaillent est développer des qubits de qualité qu’ils sont aussi stables que possible et sur lesquels nous pouvons exercer un contrôle constant. Si ces conditions ne sont pas remplies, les résultats que nous offrira le système quantique ne seront pas fiables. La chose la plus surprenante dans ce domaine est que les qubits dans lesquels travaillent les entreprises que j’ai mentionnées dans le paragraphe précédent sont très différents.

Les qubits d’Intel utilisent la même technologie appliquée par cette société à la production de semi-conducteurs à base de transistors.

De manière générale, les qubits qu’IBM et Google ont développés utilisent un circuit qui intègre des éléments que beaucoup d’entre nous connaissent, tels que des bobines ou des condensateurs, et sur lesquels agissent les micro-ondes. Les qubits de Honeywell mettre en œuvre une stratégie différente dans lequel un laser agit individuellement sur un ensemble d’atomes en suspension dans un champ électrique dans le but d’effectuer des opérations quantiques.

Intel, cependant, a décidé de suivre une voie différente. Celui qui vous est beaucoup plus familier. Et c’est que leurs qubits ils utilisent la même technologie appliquée par cette société à la production de semi-conducteurs à base de transistors. En effet, Intel a déjà lancé une ligne pilote de fabrication de qubits dans son usine de l’Oregon, aux États-Unis, dans laquelle il les produit en wafers de 300 mm un peu comme ses wafers semi-conducteurs.

Chacun des qubits fabriqués par Intel est codé sur le spin d’un électron logé sur un substrat de silicium. Le spin est une grandeur quantique, et on peut l’imaginer comme un tour caractéristique des particules élémentaires sur elles-mêmes qui a une valeur fixe et qui, avec la charge électrique, est une des propriétés intrinsèques de ces particules. Intel manipule le spin des électrons dans leurs qubits à l’aide de champs magnétiques.

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Voici les défis auxquels l’informatique quantique est toujours confrontée

Les réalisations des entreprises qui travaillent dans ce domaine ces dernières années sont très remarquables. IBM a présenté le premier ordinateur quantique à usage commercial au début de 2019, son Q System One. Quelques mois plus tard, Google a annoncé que son équipe de recherche dirigée par John Martinis avait atteint suprématie quantique. Et à la fin du mois d’août de cette année, Google a fait la même chose en annonçant qu’il avait franchi une nouvelle étape: ses chercheurs avaient réalisé la première simulation quantique d’une réaction chimique.

Cependant, en informatique quantique, il reste encore beaucoup à faire. Beaucoup, en fait. Et c’est que les chercheurs qui travaillent dans ce domaine doivent encore résoudre des défis très complexes qui nous empêchent actuellement d’utiliser les ordinateurs quantiques pour effectuer des tâches à grande échelle, telles que, entre autres options, le développement de nouveaux matériaux, la conception de nouveaux médicaments. ou simuler des processus qui auront des applications dans les équations des fluides et qui pourraient avoir un impact important sur l’ingénierie aérospatiale, entre autres. Ceux-ci sont les grands défis que l’informatique quantique a de l’avance:

  • Fabriquer qubits de meilleure qualité. Les informations quantiques sont détruites dans une période de temps donnée, nous devons donc effectuer le nombre maximal d’opérations possible pendant cette période. Avoir des qubits de meilleure qualité nous permettra de prolonger la durée de vie utile des informations quantiques et d’effectuer des opérations plus complexes avec elles.
  • Contrôlez-les précisément. En plus d’avoir des qubits de meilleure qualité, il est essentiel de disposer des outils nécessaires pour contrôler précisément les opérations que nous réalisons avec eux. À mesure que le nombre de qubits dans un ordinateur quantique augmente, cette opération devient plus complexe.
  • Développer systèmes de correction d’erreurs. Les états quantiques sont maintenus pendant une période de temps limitée, et c’est précisément le temps dont nous disposons pour effectuer des opérations de logique quantique avec les qubits de notre ordinateur. De plus, à mesure que nous ajoutons des qubits, il est plus difficile de contrôler les erreurs tout en préservant l’état quantique du système.
  • Développer tout les piliers de l’architecture. Le processeur quantique qui contient les qubits n’est qu’un des composants d’un ordinateur quantique. Au-dessus se trouvent l’électronique de contrôle, le processeur de contrôle quantique, les routines quantiques d’exécution, les compilateurs quantiques et, au sommet de la pyramide, les algorithmes quantiques. Il reste encore beaucoup à faire dans toutes les couches de cette architecture.
Évolutivité quantique

La puce cryogénique d’Intel est une avancée majeure dans l’évolutivité

Pour empêcher les qubits de changer spontanément leur état quantique en raison des perturbations introduites par l’énergie thermique, les ordinateurs quantiques actuels fonctionnent à température extrêmement basse. En fait, il est très proche du zéro absolu, qui est de -273,15 degrés Celsius.

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La température de fonctionnement de l’équipement quantique est d’environ 20 millikelvin, soit environ -273 ºC

La température de fonctionnement des équipements quantiques que possèdent des entreprises comme Intel ou IBM est environ 20 millikelvin, qui est d’environ -273 degrés Celsius, ce qui nous permet de comprendre que le système de refroidissement qui est nécessaire pour régler avec précision pour atteindre et maintenir une température aussi extrêmement basse est complexe.

L’importance de travailler à une température aussi proche que possible du zéro absolu réside dans le fait que dans cet état l’énergie interne du système est le plus bas possible, ce qui fait que les particules fondamentales manquent de mouvement selon les principes de la mécanique classique.

Cependant, même si nous pouvons atteindre le zéro absolu, il y aura toujours une énergie résiduelle, connue en mécanique quantique sous le nom de énergie du point zéro, qui est le niveau d’énergie le plus bas qu’un système physique puisse avoir.

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Dans ses ordinateurs quantiques, Intel utilise une puce de contrôle quantique cryogénique qui permet à ses ingénieurs de réduire le temps de configuration des qubits, d’améliorer leurs performances, de manipuler et de lire leur état. Cependant, selon Intel, l’une des principales qualités de la puce Crête de cheval 2, c’est ainsi que s’appelle la nouvelle version de sa puce de contrôle, c’est qu’elle a été conçue pour être installée très près des qubits eux-mêmes.

Que ce processeur réside à proximité des bits quantiques est important car il permet simplifie considérablement le câblage que nous devons les contrôler, afin qu’il puisse jouer un rôle essentiel dans le développement d’ordinateurs quantiques qui intègrent un nombre de qubits beaucoup plus élevé que les actuels.

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Selon Intel, sa puce cryogénique Horse Ridge 2 fonctionne correctement à une température de seulement 4 kelvin (-269,15 ºC) et cherche précisément à contribuer à la solution de problèmes d’évolutivité que nous devons surmonter si nous voulons avoir des ordinateurs quantiques avec des millions de qubits qui font la différence et nous aident à résoudre certains des problèmes auxquels nous sommes actuellement confrontés. Croisons les doigts pour dire que cette prédiction ne tarde pas à se réaliser.

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