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Ordinateur quantique

Un défi lancé il y a environ 60 ans par le physicien théoricien Richard Feynman a été résolu.

Une équipe de physiciens en informatique quantique de l’UNSW Sydney a réussi à imiter la structure et les états énergétiques d’un composé organique bien spécifique. Les scientifiques ont conçu un système quantique à l’échelle atomique. Sa mission ? Simuler le comportement d’une petite molécule organique appelé polyacétylène.

Concrètement, ces scientifiques australiens ont créé un circuit que l’on pourrait définir comme premier processeur quantique. Pour comprendre la portée de cette invention, commençons par quelques définitions.

Comprendre les bases

Un processeur peut être comparé au cerveau de l’ordinateur. Il s’occupe de gérer les échanges de données entre les différents composants. À savoir, entre le disque dur, la mémoire RAM et la carte graphique. De plus, c’est lui qui effectue les calculs permettant à l’appareil d’interagir avec l’utilisateur et d’afficher des informations sur l’écran. De leur côté, les technologies quantiques représentent les méthodes et systèmes créés pour inventer des outils dont le fonctionnement repose sur une des propriétés quantiques. À savoir, la superposition quantique d’états d’un objet physique et l’enchevêtrement quantique. On parle de physique des particules de l’infiniment petit, dans lequel interagissent les atomes de Rydberg, propres aux ordinateurs quantiques.

En bref, la technologie quantique permet de résoudre des problèmes de grande complexité et de traiter des séries d’informations en masse. Et ce, parce que, contrairement aux ordinateurs classiques qui stockent et traitent les données sous forme de bits binaires (0 ou 1), les machines quantiques utilisent des “qubits”, aussi appelés “bits quantiques”. Ces derniers possèdent une puissance de calcul hors du commun.

Enfin, le polyacétylène est une chaîne répétitive d’atomes de carbone et d’hydrogène. Elle se distingue par l’alternance de liaisons simples et doubles de carbone. Une liaison double est une liaison entre éléments chimiques impliquant quatre électrons, contre deux pour une liaison simple.

Un grand pas pour la physique quantique

Ce processeur représente une étape non négligeable dans la course à la construction du premier ordinateur quantique. En clair, ces physiciens ont réussi à contrôler les états quantiques des électrons et des atomes dans le silicium à un niveau jamais atteint auparavant. En effet, les états quantiques sont très sensibles aux interférences extérieures. Un défaut qui peut provoquer des erreurs et qui limite jusqu’à présent leur portée et leur utilisation.

Concrètement, dans l’article de la revue Nature, les chercheurs décrivent comment ils ont réussi à imiter la structure et les états énergétiques du composé organique polyacétylène. “Si vous revenez aux années 1950, Richard Feynman a déclaré que vous ne pouvez pas comprendre le fonctionnement de la nature à moins de pouvoir construire de la matière à la même échelle de longueur”, rappelle la professeure Simmons dans le papier. C’est ainsi que les chercheurs ont construit de la matière imitant la molécule de polyacétylène. Et ce, “en mettant des atomes dans le silicium avec les distances exactes qui représentent les liaisons carbone-carbone simples et doubles”. Il conclut, que cela signifie qu’il est maintenant envisageable de commencer à comprendre des molécules de plus en plus compliquées, “en mettant les atomes en place comme s’ils imitaient le système physique réel”.

Vers un ordinateur quantique

C’est ainsi que l’équipe a annoncé avoir atteint un taux d’erreur inférieur à 1 %. En effet, ses systèmes à base de silicium permettent d’envisager la production de machines quantiques à l’aide des infrastructures existantes. “Nous pouvons maintenant fabriquer des appareils plus gros qui vont au-delà de ce qu’un ordinateur classique peut modéliser”, se réjouit la professeure Simmons. Autrement dit, il est désormais possible d’observer des molécules qui n’ont pas été simulées auparavant, et donc, de “comprendre le monde d’une manière différente, en abordant des questions fondamentales que nous n’avons jamais été en mesure de résoudre auparavant”, ajoute-t-il.

Nous l’avons vu, les systèmes quantiques ont besoin de qubits. Il s’agit d’une structure dans l’appareil, qui permet de former l’état quantique. Dans le processeur dont il est question dans cet article, les atomes créent eux-mêmes ces qubits. “Nous n’avions besoin que de six portes métalliques pour contrôler les électrons dans notre système à 10 points. En d’autres termes, nous avons moins de portes qu’il n’y a de composants actifs de l’appareil”, indique la chercheuse. Ce qui réduit les éléments autrefois nécessaires dans les circuits. En effet, normalement, la plupart des architectures d’informatique quantique ont besoin du double de systèmes de contrôle au moins pour déplacer les électrons dans l’architecture qubit.

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