Celui qui regarde

Une nouvelle étude souligne le besoin d'avancées matérielles dans le matériel nécessaire à la fabrication d'ordinateurs quantiques si ces dispositifs futuristes doivent surpasser les capacités des ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui.

L'étude, publiée dans la revue Science par une équipe internationale, a examiné l'état de la recherche sur le matériel informatique quantique dans le but d'illustrer les défis et les opportunités auxquels sont confrontés les scientifiques et les ingénieurs.

Alors que les ordinateurs conventionnels codent des «bits» d'information comme des uns et des zéros, les ordinateurs quantiques dépassent cet arrangement binaire en créant des «qubits», qui peuvent être des quantités complexes et continues. Stocker et manipuler des informations sous cette forme exotique - et finalement atteindre «l'avantage quantique» où les ordinateurs quantiques font des choses que les ordinateurs conventionnels ne peuvent pas - nécessite un contrôle sophistiqué des matériaux sous-jacents.

"Il y a eu une explosion dans le développement des technologies quantiques au cours des 20 dernières années", a déclaré Nathalie de Leon, professeur adjoint de génie électrique et informatique à l'Université de Princeton et auteur principal de l'article, "culminant dans les efforts actuels pour montrer l'avantage quantique pour une variété de tâches, de l'informatique et de la simulation à la mise en réseau et à la détection."

Jusqu'à récemment, la plupart de ces travaux visaient à démontrer des dispositifs et des processeurs quantiques de preuve de principe, a déclaré de Leon, mais maintenant, le domaine est sur le point de relever les défis du monde réel.

«Tout comme le matériel informatique classique est devenu un domaine énorme dans la science et l'ingénierie des matériaux au siècle dernier, je pense que le domaine des technologies quantiques est maintenant mûr pour une nouvelle approche, dans laquelle les scientifiques des matériaux, les chimistes, les ingénieurs de dispositifs et autres scientifiques et ingénieurs peuvent apporter leur expertise à porter sur le problème. "

Le document est un appel aux scientifiques qui étudient les matériaux à se tourner vers le défi du développement de matériel pour l'informatique quantique, a déclaré Hanhee Paik, auteur correspondant et membre du personnel de recherche d'IBM Quantum.

"Les progrès dans Les technologies de l'informatique quantique se sont accélérées ces dernières années à la fois dans la recherche et dans l'industrie ", a déclaré Paik." Pour continuer à avancer dans la prochaine décennie, nous aurons besoin de progrès dans les matériaux et les technologies de fabrication pour le matériel informatique quantique - de la même manière que l'informatique classique a progressé dans la mise à l'échelle des microprocesseurs. Les percées ne se produisent pas du jour au lendemain et nous espérons que davantage de personnes dans la communauté des matériaux commenceront à travailler sur la technologie de l'informatique quantique. Notre article a été rédigé pour donner à la communauté des matériaux un aperçu complet de la situation dans laquelle nous en sommes dans le développement des matériaux en informatique quantique avec des opinions d'experts du domaine.

Au cœur des ordinateurs quantiques se trouvent les qubits, qui travaillent ensemble pour produire des résultats.

Ces qubits peuvent être fabriqués de différentes manières, les technologies de pointe étant les qubits supraconducteurs, les qubits constitués de piégeage d'ions avec de la lumière, les qubits fabriqués à partir des matériaux de silicium trouvés dans les ordinateurs d'aujourd'hui, les qubits capturés dans des «centres de couleurs» dans des diamants de haute pureté et des qubits topologiquement protégés représentés dans des particules subatomiques exotiques. Le document a analysé les principaux défis technologiques associés à chacun de ces matériaux et propose des stratégies pour résoudre ces problèmes.

Les chercheurs espèrent qu'une ou plusieurs de ces plates-formes progresseront éventuellement au stade où l'informatique quantique pourra résoudre des problèmes que les machines d'aujourd'hui trouvent impossibles, tels que la modélisation des comportements des molécules et la fourniture d'un cryptage électronique sécurisé.

«Je pense que [cet article] est la première fois que ce genre de tableau complet est assemblé. Nous avons donné la priorité à« montrer notre travail »et expliquer le raisonnement derrière la sagesse reçue pour chaque plate-forme matérielle», a déclaré de Leon. "Nous espérons que cette approche permettra aux nouveaux venus sur le terrain de trouver des moyens d'apporter une contribution importante."

Les dix co-auteurs proviennent d'institutions de recherche du monde entier ainsi que d'IBM T. J. Watson Research Center, qui dispose d'un grand groupe de recherche en informatique quantique. Les scientifiques se sont rencontrés lors d'un symposium sur les matériaux pour l'informatique quantique parrainé par IBM Quantum et la Fondation Kavli et tenu à la réunion d'automne de la Materials Research Society en 2019. Ils ont ensuite passé une grande partie de leur temps pendant la période de séjour à la maison de la pandémie l'année dernière à développer cet article de synthèse.

«Ce fut une expérience formidable de travailler avec un groupe avec une expertise aussi diversifiée, et une grande partie de notre activité consistait à nous poser des questions difficiles sur les raisons pour lesquelles nous croyions les choses que nous avons faites à propos de nos plates-formes matérielles respectives», a déclaré de Leon, agence SEO Lille dont la recherche exploite défauts dans les matériaux diamantés pour permettre la communication entre les nœuds dans un futur Internet quantique.