La technologie quantique progresse rapidement. Les chercheurs sont désormais capables de commander quelques qubits (analogues quantiques des bits) avec une grande fiabilité ; il est donc temps de passer à ce qui ressemblera plus à un véritable ordinateur. Pour être exploitables, les puces quantiques doivent être programmables : c'est-à-dire capables d'effectuer un calcul arbitraire. Les chercheurs de QuTech (Delft, Pays-Bas) ont développé un processeur quantique programmable à deux qubits. Le substrat est en silicium et ils ont mis au point deux algorithmes quantiques. Cette recherche a été publiée dans la revue Nature.

Perspectives

L'ordinateur quantique du futur va changer la donne des calculs complexes. En utilisant la superposition quantique et l'enchevêtrement de bits quantiques (qubits), les calculs peuvent être conduits en parallèle. Selon le professeur Lieven Vandersypen, de cette façon, les calculs qui sont actuellement impossibles comme la factorisation de grands nombres (pour trouver les nombres premiers) et la recherche dans de grandes listes non ordonnées deviennent envisageables, dans un futur relativement proche.

Calculs programmables

Au fil des ans, les chercheurs ont réussi à réaliser des qubits toujours meilleurs. Les qubits discrets peuvent maintenant être contrôlés et mesurés avec une fiabilité suffisante pour que leur programmation soit envisageable. Pour être capable de faire des calculs quantiques universels, il faut réaliser des opérations permettant de contrôler individuellement les qubits et des opérations capables d'enchevêtrer des qubits multiples de façon contrôlée. Ces opérations doivent être accessibles de telle manière que l'on puisse les ordonner de façon arbitraire pour exécuter un algorithme.

Un matériau familier

Les chercheurs de QuTech et de l'Institut de Nanoscience Kavli de Delft au sein de l'équipe de Lieven Vandersypen, en collaboration avec des collègues de l'université du Wisconsin, se concentrent sur les puces qubits en silicium. Ces qubits sont créés au moyen d'un signal électrique contrôlé pour y « enfermer » quelques électrons. Le silicium est un matériau très prometteur : il a été complètement développé par l'industrie actuelle des semi-conducteurs et par nature, ne perturbe que peu les qubits. Les puces quantiques en silicium ont beaucoup en commun avec les puces informatiques classiques et leurs qubits peuvent être entièrement contrôlés électroniquement.

Jeu de pile ou face

En exploitant les opérations fiables dans la puce quantique à deux qubits, les scientifiques ont, pour la première fois, réussi à exécuter des algorithmes quantiques. Le premier algorithme, dit de Deutsch-Josza, teste si une fonction est paire ou impaire. Ils ont en outre exécuté l'algorithme de recherche dit de Grover. Cet algorithme recherche en une fois la réponse correcte sur un jeu non ordonné.

L'avenir

Cet exemple de puce quantique programmable avec qubits fiables en silicium est un jalon important sur le chemin de calculs quantiques fiables et à plus grande échelle. Les scientifiques ont démontré que les qubits peuvent être contrôlés, enchevêtrés avec une bonne fiabilité et que des opérations peuvent être combinées pour constituer un algorithme quantique.