Préparer le chemin de l'informatique quantique

Dans le domaine récent du traitement des informations quantiques, les dispositifs supraconducteurs représentent une approche prometteuse et réaliste pour la mise en œuvre de bits quantiques (qubits). Bien que ces dispositifs soient de taille macroscopique, ils présentent des caractéristiques communément associées aux atomes, comme la quantification des niveaux d'énergie et la superposition des états énergétiques. En conséquence, les qubits supraconducteurs pourraient être un jour l'élément fondamental de la fabrication d'ordinateurs quantiques.

Pour cela, il faut d'abord mettre au point une méthode de production de masse de qubits, et avec le contrôle nécessaire sur les systèmes quantiques à deux états. En outre, pour qu'un ordinateur quantique puisse atteindre tout son potentiel, il faut pouvoir manipuler l'information quantique que représente l'état de milliers de qubits en interaction. Les partenaires du projet SQUBIT-2, à l'université de technologie de Delft aux Pays-Bas, ont réalisé des progrès importants en la matière.

Ils se sont intéressés aux qubits de flux standards, obtenus en reliant deux jonctions Josephson par des supraconducteurs afin de réaliser un circuit fermé. Sous l'effet d'un champ magnétique perpendiculaire au circuit fermé, on obtient la superposition de deux états quantiques, le courant circulant dans deux directions contraires. La mesure des micro-ondes émises, à l'aide d'un SQUID (dispositif supraconducteur à interférence quantique), a prouvé l'existence des états de superposition symétrique et antisymétrique.

Ces expériences se sont traduites par les premières mesures spectroscopiques de deux qubits de flux couplés, et par une méthode de mesure de la durée de cohérence du système. Mais le paramètre le plus important est le nombre d'opérations quantiques susceptibles d'être menées avant que la cohérence quantique ne disparaisse. Chaque pulsation de manipulation de qubits de flux peut durer une nanoseconde, il devrait donc être possible d'effectuer des centaines d'opération, ce qui est nettement inférieur à ce qui est nécessaire pour qu'un ordinateur quantique puisse fonctionner.

Il faut donc trouver de meilleurs moyens de coupler les qubits entre eux ainsi qu'avec leur environnement. Le projet cherche déjà à améliorer les techniques de fabrication, pour réduire les défauts dans les barrières de jonction et augmenter le temps de décohérence. Il reste à déterminer s'il sera possible de contrôler avec exactitude les qubits, et si les ordinateurs quantiques réalisés à partir de qubits supraconducteurs pourront monter en puissance.