À la recherche du qubit idéal

Alexandre Blais nous présente une plaque circulaire de quelques centimètres de diamètre – un « dinosaure qui a déjà huit ans » – au centre de laquelle on distin­gue quatre minuscules carrés métallisés : ce sont quatre qubits. « C’est de l’alumi­nium, qu’on refroidit à très basse température pour qu’il devienne supra­conducteur. Avec la supraconductivité, ces atomes d’aluminium agissent de concert pour se comporter comme un seul atome artificiel, que l’on peut exciter avec des impulsions dans les fréquences micro-ondes », explique le chercheur de l’Université de Sherbrooke.

Le dispositif a l’air simple, mais il n’en est rien. Fabriquer les « briques » de base de l’ordinateur quantique est une tâche complexe, qui donne du fil à retordre aux scienti­fiques : il faut pouvoir intriquer ces unités, les manipuler pour les programmer, mais il faut aussi qu’elles soient suffisamment robustes pour ne pas perdre leurs propriétés à la moindre perturbation.

La quête du qubit parfait donne lieu à une compé­tition de haute voltige ! Parmi les candidats en lice, outre les circuits supraconducteurs, citons les atomes, les ions, les électrons, les photons… « Il est encore trop tôt pour savoir quelle technologie va gagner le marathon, estime Christian Bassila, même si son entreprise, Anyon Systèmes, a misé toutes ses billes sur les qubits supraconducteurs. Chacune a ses avan­tages, ses défauts et ses problèmes d’ingénierie. »

Juste après les circuits supraconducteurs (voir image ci-dessus), c’est la piste des pièges à ions qui sort du lot. Ces derniers sont issus de décennies de recherche qui ont permis d’isoler les atomes (ou plutôt des ions, des atomes chargés), de les refroidir à l’aide de lasers et de les immo­biliser par un jeu de champs électro­magnétiques. En excitant ces ions disposés en rang à l’aide d’impulsions lumineuses, il est possible de manipuler leur état et de les coupler. Ils offrent un temps de cohérence imbattable, mais une certaine lenteur à la manipulation. La compagnie Honeywell a annoncé dans Nature en 2021 avoir conçu une puce de six qubits de ce type (en laboratoire, on atteint une vingtaine). Et en février dernier, une équipe de l’Uni­versité d’Innsbruck, en Autriche, a pu intriquer deux ions situés dans deux laboratoires distants de 230 mètres.

Un dernier candidat a émergé récemment : les électrons (et leur spin, une propriété quantique qui pourrait s’appa­renter à un sens de rotation) dans le bon vieux silicium. Même si la recherche est moins avancée de ce côté, le fait d’utiliser les mêmes matériaux qu’en électronique laisse penser que la montée en puissance des processeurs sera facilitée. Les jeux sont ouverts !