Une puce cryogénique surmonte les obstacles aux ordinateurs quantiques à grande échelle

QuTech a résolu un problème majeur sur la voie d’un ordinateur quantique fonctionnel à grande échelle. QuTech, une collaboration de la TU Delft et du TNO, et Intel ont conçu et fabriqué un circuit intégré capable de contrôler les qubits à des températures extrêmement basses. Cela ouvre la voie à l’intégration cruciale des qubits et de leur électronique de contrôle dans la même puce. Les scientifiques ont présenté leurs recherches lors de la conférence ISSCC à San Francisco.

Ordinateurs quantiques

« Ce résultat nous rapproche d’un ordinateur quantique à grande échelle capable de résoudre des problèmes insolubles même par les supercalculateurs les plus puissants. Les solutions à ces problèmes peuvent avoir un impact important sur vie courante, par exemple dans les domaines de la médecine et de l'énergie », a déclaré le chef d'équipe Fabio Sebastiano de QuTech et de la Faculté de génie électrique, de mathématiques et d'informatique.

Températures extrêmes

"Il y a de nombreux problèmes à résoudre avant de disposer d'un ordinateur quantique à grande échelle fonctionnel", a déclaré Sebastiano. "Le informations quantiques stockés dans des qubits peuvent rapidement se dégrader et devenir inutilisables à moins que les qubits ne soient refroidis à des températures très proches du zéro absolu (-273 degrés Celsius, ou 0 Kelvin). Pour cette raison, les qubits fonctionnent généralement dans des réfrigérateurs spéciaux à des températures aussi basses que 0,01 K, contrôlés par une électronique conventionnelle fonctionnant à température ambiante.

Mise à l'échelle

Un fil est nécessaire pour connecter chaque qubit au électronique de contrôle. Bien que cela soit réalisable pour le petit nombre de qubits actuellement utilisés, cette approche deviendra peu pratique pour les millions de qubits nécessaires aux ordinateurs quantiques utiles. "Cela équivaudrait à prendre l'appareil photo de 12 mégapixels de votre téléphone portable et à essayer de connecter individuellement chacun des millions de pixels à un circuit électronique distinct", a déclaré Sebastiano. "Une solution plus viable consiste à faire fonctionner l'électronique contrôlant les qubits à des températures (cryogéniques) extrêmement basses, afin qu'elles puissent être placées aussi près que possible des qubits."

Crête des chevaux

QuTech s'est associé à Intel pour relever ce défi précis. Le résultat s’appelle Horse Ridge, un circuit intégré nommé d’après l’un des endroits les plus froids de l’Oregon. Sebastiano : « Nous avons conçu et fabriqué un circuit intégré CMOS capable de contrôler jusqu'à 128 qubits, pouvant fonctionner à 3 K (-270 °C) et pouvant donc être décrit comme un circuit cryo-CMOS. »

CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) est la même technologie utilisée pour les microprocesseurs standard. L'utilisation du CMOS permet donc la fabrication fiable de composants très complexes. circuits comprenant des milliards de composants électriques, comme l’exigent les ordinateurs quantiques à grande échelle.

Circuit intégré et qubit

Les chercheurs ont démontré expérimentalement à la fois le bon fonctionnement du circuit intégré et sa capacité à piloter un véritable qubit de spin. Les qubits de spin font partie des candidats qubits prometteurs pour un ordinateur quantique à grande échelle. Sebastiano : « Il s'agit du circuit cryo-CMOS le plus complexe jamais démontré et le premier capable de provoquer une vrille. qubit.”

Une puce

Le prochain défi consiste à combler l’écart de température restant. "Les qubits de spin devraient fonctionner à des températures légèrement plus élevées que celles atteintes actuellement, par exemple au-dessus de 1,5 K", a déclaré Sebastiano. "Notre circuit cryo-CMOS fonctionne désormais à 3 K. Si nous pouvons combler ce problème température En raison de cette lacune, nous pourrions intégrer les deux qubits et leur électronique de contrôle dans le même boîtier ou puce, obtenant ainsi un système extrêmement compact.