Le « silicium le plus pur au monde » pourrait conduire à la première puce informatique quantique d’un million de qubits
Les scientifiques ont créé une forme améliorée et ultra-pure de silicium qui pourrait un jour constituer la base de « qubits de spin de silicium » hautement fiables dans de puissants ordinateurs quantiques.
Alors que les bits des ordinateurs classiques codent les données sous la forme 1 ou 0, les qubits dans ordinateurs quantiques peut être une superposition de ces deux états, ce qui signifie qu’ils peuvent atteindre un état quantique appelé « cohérence » et occuper à la fois 1 et 0 en parallèle lors du traitement des calculs.
Ces machines pourraient potentiellement être plus puissantes que les les supercalculateurs les plus rapides du monde mais il faudrait environ un million de qubits pour y parvenir, ont indiqué les scientifiques. Le plus grand ordinateur quantique actuel possède environ 1 000 qubits.
Mais l’un des principaux défis de l’informatique quantique réside dans le fait que les qubits sont « bruyants », ce qui signifie qu’ils sont très sujets aux interférences, telles que les changements de température, et doivent être refroidis à un niveau proche. zéro absolu. Sinon, ils perdent facilement des informations et échouent au milieu des opérations.
Cela signifie que même si nous avions un ordinateur quantique doté de millions de qubits, beaucoup d’entre eux seraient redondants, même avec technologies de correction d’erreursce qui rend la machine extrêmement inefficace.
Exploiter l’informatique quantique sur silicium
Les qubits sont normalement fabriqués à partir de métaux supraconducteurs comme le tantale et le niobium car ils possèdent une conductivité presque infinie et une résistance presque infinie.
Mais dans une nouvelle étude, publiée le 7 mai dans la revue Matériel de communication sur la natureles chercheurs ont proposé d’utiliser une nouvelle forme pure de silicium – le matériau semi-conducteur utilisé dans les ordinateurs conventionnels – comme base pour un qubit bien plus évolutif que les technologies existantes.
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Selon l’étude, la construction de qubits à partir de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, le gallium ou le germanium présente des avantages par rapport aux qubits métalliques supraconducteurs. société d’informatique quantique QuEra. Les temps de cohérence sont relativement longs, leur fabrication est peu coûteuse, ils fonctionnent à des températures plus élevées et ils sont extrêmement petits, ce qui signifie qu’une seule puce peut contenir un grand nombre de qubits. Mais les impuretés présentes dans les matériaux semi-conducteurs provoquent une décohérence lors des calculs, ce qui les rend peu fiables.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont proposé de fabriquer un qubit à partir de silicium-28 (Si-28), qu’ils ont décrit comme le « silicium le plus pur au monde », après avoir éliminé les impuretés présentes dans le silicium naturel. Ces qubits à base de silicium seraient moins sujets aux pannes, ont-ils déclaré, et pourraient être fabriqués à la taille d’une tête d’épingle.
Le silicium naturel est normalement composé de trois isotopes ou atomes de masses différentes : Si-28, Si-29 et Si-30. Le silicium naturel fonctionne bien en informatique conventionnelle en raison de ses propriétés métalloïdes, mais des problèmes surviennent lors de son utilisation en informatique quantique.
Le Si-29 en particulier, qui constitue 5 % du silicium naturel, provoque un « effet de retournement nucléaire » qui conduit à une décohérence et à une perte d’information. Dans l’étude, les scientifiques ont contourné ce problème en développant une nouvelle méthode pour fabriquer du silicium sans atomes de Si-29 et Si-30.
Informatique quantique moins chère et plus évolutive
« Ce que nous avons réussi à faire, c’est de créer efficacement une « brique » essentielle nécessaire à la construction d’un ordinateur quantique à base de silicium », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Richard Curry, professeur de matériaux électroniques avancés à l’Université de Manchester, a déclaré dans un communiqué. « C’est une étape cruciale pour rendre réalisable une technologie qui a le potentiel de transformer l’humanité. »
Les composants des ordinateurs quantiques à base de silicium pourraient en théorie être construits en utilisant les mêmes méthodes que celles utilisées pour fabriquer des puces électroniques classiques, qui peuvent insérer des milliards de transistors sur un minuscule circuit imprimé, ont déclaré les scientifiques. Les qubits de silicium, ou qubits à spin de silicium, ne sont pas nouveaux, mais la qualité du silicium n’a jamais été aussi pure, ont-ils ajouté, et est déterminée sur la base de tests microscopies.
Les qubits à base de silicium pourraient également être fabriqués beaucoup plus facilement que d’autres types de qubits grâce aux méthodes de fabrication de puces existantes. Et, par conséquent, les ordinateurs quantiques qui les utilisent peuvent être étendus à la région du million de qubits beaucoup plus rapidement que les méthodes concurrentes, ont indiqué les chercheurs.
« Maintenant que nous pouvons produire du silicium-28 extrêmement pur, notre prochaine étape sera de démontrer que nous pouvons maintenir la cohérence quantique pour de nombreux qubits simultanément », a déclaré David Jamieson, co-superviseur du projet et professeur de physique à l’Université de Melbourne. déclaration. « Un ordinateur quantique fiable avec seulement 30 qubits dépasserait la puissance des supercalculateurs actuels pour certaines applications. »