Michel Pioro-Ladrière et Julien Camiran Lemyre discutant autour du réfrigérateur à dilution. La photo a été prise avant l’imposition des mesures de distanciation. Image: Michel Caron/Université de Sherbrooke
Une équipe québécoise a osé s’allier à des compétiteurs pour réaliser une prouesse technique. Son processeur quantique ouvre la porte à l’ordinateur du futur.
Un nouveau record : 1,5 kelvin ! Si froid et si chaud à la fois.
Peu d’endroits sont aussi glacials dans l’Univers ; après tout, 0 kelvin (ou -273,15 degrés Celsius) représente la température à laquelle les particules qui constituent la matière ne bougent plus. Les équipes qui sont engagées dans la course à travers le monde pour concevoir le premier ordinateur quantique ont l’habitude de faire fonctionner leurs prototypes à seulement quelques millièmes de kelvin. Pour elles, 1,5 kelvin, c’est chaud comme jamais !
C’est pourtant à cette température qu’un duo de l’Université de Sherbrooke et des collègues australiens ont réussi à donner vie à un petit processeur quantique. Un exploit quand on sait à quel point les qubits, l’unité de base des ordinateurs quantiques, sont capricieux en matière de température.
Tout commence en 2016 à Baltimore. Le professeur Michel Pioro-Ladrière et son étudiant de doctorat Julien Camirand Lemyre prennent une bière avec des chercheurs australiens à la sortie du congrès annuel de l’American Physical Society. Banal ? Pas dans ce champ d’activité ultracompétitif. « Les gens s’écoutent dans les conférences, mais il n’y a jamais de 5 à 7 », dit celui qui a achevé son doctorat depuis. Québécois et Australiens se rendent compte qu’ils ont des idées complémentaires. « On a décidé de les mettre ensemble pour faire avancer le domaine », raconte Michel Pioro-Ladrière.
L’ordinateur quantique promet de réaliser en quelques secondes des calculs qui prendraient des années aux machines classiques. Plutôt que de reposer sur les bits, les fameux 0 et 1 de l’informatique actuelle, cet appareil exploitera les principes de la mécanique quantique, qui s’intéresse à l’infiniment petit et à ses comportements étranges. Les qubits sont ainsi capables d’avoir deux états à la fois (0 et 1) et de se synchroniser entre eux, ce qui fait exploser les capacités. Le hic : ces propriétés quantiques sont extrêmement difficiles à maîtriser, d’où le recours aux températures de quelques millièmes de kelvin.
Mais cela vient de changer ! Du côté de l’Université de Sherbrooke, Michel Pioro-Ladrière avait déjà inventé la technique des microaimants, qui permet de contrôler les qubits « de spin » (un type de qubits parmi d’autres) et de faire gagner de la vitesse au processeur. Julien Camirand Lemyre est l’expert de l’ingénierie de ces microaimants. Et du côté australien, à l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, l’équipe d’Andrew Dzurak avait conçu des qubits de spin en silicium de grande qualité, c’est-à-dire qu’ils commettent peu d’erreurs dans les calculs.
De retour à Sherbrooke, « on s’est mis à faire des simulations, à déterminer de quoi aurait l’air l’agencement de ces deux briques technologiques », mentionne Julien Camirand Lemyre. Il a fallu plusieurs prototypes pour parvenir à un système fonctionnel à deux qubits. Grâce à un réfrigérateur à dilution, ils l’ont refroidi à quelques millikelvins, comme toutes les équipes le font : cela permet de réduire les erreurs de calcul. Ne restait plus qu’à augmenter la température pour voir si le système demeurait stable. À 1,5 kelvin, les calculs étaient toujours bons !
La découverte publiée dans Nature nous rapproche de l’ordinateur quantique : on peut enfin imaginer réunir l’électronique de contrôle et le processeur dans le cryostat, le réfrigérateur où loge le processeur. « L’électronique de contrôle ne fonctionne pas près du zéro absolu, donc on la laisse en dehors du cryostat et on la relie au processeur avec des câbles, indique le professeur. Cette approche fonctionne pour le moment [avec quelques qubits], mais quand il va y avoir un nombre suffisant de qubits pour effectuer des calculs vraiment utiles, il nous faudra un mètre de diamètre de branchement pour connecter l’électronique de contrôle, qui occupera l’équivalent d’un terrain de football ! » La découverte ouvre la porte à la miniaturisation de ces composants sans repartir à zéro, en bénéficiant des avancées de la microélectronique.
L’alliance avec les Australiens n’en fait pas moins une découverte dont le Québec peut s’enorgueillir, selon le duo sherbrookois. « C’est un message qu’on lance : il est important de briser les barrières en recherche pour aller plus vite. » Et pour réaliser des sauts quantiques !
Ont aussi participé à la découverte : des chercheurs de l’Université Keio (Japon) et de l’Université Aalto (Finlande).
L’avis du jury
Cette prouesse technique époustouflante nous rapproche un peu plus de l’avènement de l’ordinateur quantique, qui promet de révolutionner notre monde.
