Si vous suivez l'actualité de l'informatique quantique assez longtemps, il peut sembler que tout système quantique capable d'alterner entre deux états d'énergie bien séparés peut être utilisé comme qubit. Atomes, ions, photons, électrons et dispositifs manufacturés ont tous leurs partisans. L'un des principaux attraits pour les partisans est la capacité de la technologie à passer à l'échelle. Nous aurons besoin de beaucoup de qubits de haute qualité pour commencer à effectuer des calculs complexes, et la capacité de toute technologie à nous y amener fait débat.

Ainsi, même si certaines technologies peuvent désormais supporter des milliers de qubits, certains concurrents travaillent encore sur une poignée de qubits - les entreprises derrière elles sont convaincues qu'elles ont le potentiel de passer à l'échelle plus efficacement.

L'une de ces technologies implique des points quantiques qui retiennent un seul électron. Leur avantage est que nous pouvons les fabriquer en utilisant la même technologie que celle utilisée pour construire les processeurs traditionnels, une approche qui s'est avérée évolutive. Cette semaine a vu deux nouveaux articles décrivant différentes façons d'utiliser les points quantiques, dont l'une était suffisamment attrayante pour qu'IBM achète l'entreprise qui l'a développée. Par ailleurs, une autre entreprise a publié un processeur montrant 100 électrons individuels maintenus dans des défauts de diamant, une technologie dont il n'était pas évident qu'elle puisse passer à l'échelle.

La première nouvelle provient d'une publication dans Nature d'une entreprise appelée HRL Laboratories, descendante du programme de recherche lancé par Howard Hughes. HRL utilise des points quantiques manufacturés, une technologie distincte des points utilisés dans les écrans, bien qu'elle repose sur certains des mêmes principes physiques. Les deux approches utilisent une structure qui piège les électrons dans une région plus petite que la longueur d'onde de l'électron. Dans les écrans, cela permet de contrôler la longueur d'onde émise par le matériau.

Pour les qubits, les pièges sont beaucoup plus petits et servent à maintenir un seul électron en place. Essentiellement, ils peuvent être fabriqués ; avec le câblage approprié, les interactions électromagnétiques peuvent piéger un seul électron dans une petite zone de silicium. Une fois piégé, le spin de l'électron, qui peut être up, down, ou une superposition des deux, peut être utilisé comme qubit. Bien que cette technologie puisse facilement passer à l'échelle - nous sommes très doués pour mettre du câblage dans le silicium à grande échelle - les spins des électrons sont difficiles à maintenir stables et sont généralement contrôlés via des micro-ondes, nécessitant un système de contrôle séparé.

Mais « généralement » ne signifie pas « toujours », et HRL décrit une technologie différente. Elle nécessite trois points quantiques séparés, chacun contenant un électron, avec l'électronique environnante contrôlant dans quelle mesure les spins de ces trois électrons peuvent interagir. C'est crucial car, dans certaines conditions, deux électrons ne peuvent pas avoir le même spin. Cela explique pourquoi les orbitales atomiques se remplissent comme elles le font, chaque niveau d'énergie contenant juste une paire, un spin-up, l'autre spin-down. Leur permettre d'interagir peut modifier leurs spins.

Pour effectuer des opérations sur ce type de qubit, il suffit de contrôler quels électrons interagissent et dans quelle mesure. Cela est contrôlé électroniquement, permettant d'éliminer complètement les micro-ondes. Tout est géré via le câblage, éliminant le besoin de nombreux câbles transportant des micro-ondes dans le système de réfrigération qui maintient le matériel près du zéro absolu.

HRL consacre une grande partie de l'article à décrire son système de contrôle, qui se situe à un niveau intermédiaire de réfrigération et se compose d'un processeur traditionnel optimisé pour les basses températures et la faible consommation, consommant moins de 3,5 watts malgré une fabrication en technologie 130 nm. Les instructions pour faire fonctionner les qubits sont compilées ailleurs, puis chargées dans le contrôleur, après quoi il fonctionne de manière autonome. Les communications avec la puce qui contient les qubits sont gérées par un câble ruban supraconducteur.

Le système décrit par HRL comportait 18 qubits, et l'entreprise a exécuté un simple code de correction d'erreurs, démontrant un taux d'erreur logique inférieur à 1 %. C'est bien en dessous de ce qui a été réalisé avec d'autres technologies, mais c'est une validation importante.