Les scientifiques australiens ont pu réduire le taux d'erreur dans les qubits semi-conducteurs, les cellules unitaires d'un ordinateur quantique, à un niveau de 0,04%. Cela ouvre la voie à la création d'ordinateurs universels, disent les physiciens dans la revue Nature Electronics.
Depuis plusieurs années maintenant, Dzurak et ses collègues universitaires développent les composants nécessaires à l'assemblage d'un ordinateur quantique à semi-conducteurs à part entière. Ainsi, en 2010, ils ont créé un transistor quantique à un électron, et en 2012 - un qubit de silicium à part entière basé sur l'atome de phosphore-31.
En 2013, ils ont assemblé une nouvelle version du qubit, qui a permis de lire des données à partir de celui-ci avec une précision de presque 100% et est resté stable pendant très longtemps. En octobre 2015, Dzurak et son équipe ont fait le premier pas vers la création du premier ordinateur quantique en silicium en combinant deux qubits dans un module qui effectue une opération logique OU.
Il ne restait plus qu'une étape: apprendre à combiner des qubits similaires en utilisant les mêmes technologies de semi-conducteurs que les cellules de mémoire quantique elles-mêmes. C'était extrêmement difficile à faire, car les qubits semi-conducteurs «ordinaires» ne peuvent interagir les uns avec les autres qu'à courte distance.
Ayant résolu ce problème il y a deux ans, les scientifiques australiens ont réfléchi à la façon de «coller» les qubits en un seul tout et à apprendre à les «imprimer» comme le font les fabricants d'électronique lorsqu'ils créent des microcircuits. Le fruit de ces réflexions a été les premiers plans de création de «microcircuits» quantiques, présentés par l'équipe de Dzurak en décembre 2017.
Ces idées, comme l'a noté Dzurak, son équipe a réussi à traduire dans la pratique l'automne dernier, en utilisant la technologie dite CMOS - l'une des techniques les plus courantes et éprouvées pour la fabrication de microcircuits. Les scientifiques l'ont utilisé pour «imprimer» tous les composants des qubits, ainsi que les émetteurs micro-ondes, les points quantiques et les transistors nécessaires pour écrire correctement de nouvelles données dans une cellule de mémoire quantique.
Après avoir résolu ce problème, les physiciens ont pensé à la prochaine grande étape: pour créer un ordinateur quantique vraiment universel, ils devaient faire fonctionner leurs qubits presque parfaitement, en ne faisant pas plus d'erreurs que 1% du temps. Dans ce cas, le reste des problèmes de leur travail peut être éliminé en utilisant des algorithmes spéciaux de correction d'erreurs et des qubits logiques plutôt que physiques.
Comme le note le chercheur, il existe deux façons d'améliorer la précision de ces dispositifs - en améliorant la conception des cellules de mémoire elles-mêmes et en modifiant la façon dont les informations y sont lues et écrites. Les physiciens australiens ont emprunté la deuxième voie, en utilisant des algorithmes et des techniques développés par leurs collègues théoriciens de l'Université de Sydney.
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Ils ont aidé Zuraku et son équipe à changer la structure des impulsions de commande micro-ondes de telle sorte que le nombre d'erreurs lors de la lecture ou de l'écriture des données soit réduit de plusieurs ordres de grandeur. En conséquence, les scientifiques ont non seulement franchi la «barrière de la correction d'erreur», mais ont également contourné les qubits supraconducteurs et «atomiques», qui étaient auparavant considérés comme plus prometteurs pour la création de machines quantiques complexes.
Dans un proche avenir, les deux groupes de chercheurs prévoient de réaliser des mesures similaires sur des combinaisons de plusieurs qubits et microcircuits qui ont déjà été créées par Dzurak et son équipe dans le passé. Les scientifiques espèrent pouvoir réduire le taux d'erreur global à un niveau qui permettra la création d'un ordinateur quantique à part entière dans les années à venir.
