Des températures toujours plus basses pour améliorer la fiabilité de l’informatique quantique

La technologie de l’informatique quantique connaît une expansion rapide, avec des applications potentiellement révolutionnaires dans les domaines de la médecine, de l’énergie, du chiffrement de données, de l’IA et de la logistique. Les ordinateurs quantiques sont capables de résoudre des problèmes trop complexes pour des ordinateurs classiques, en partie grâce à un phénomène appelé la superposition. Alors que l’unité de base d’un ordinateur classique, le bit, a pour valeur soit 0, soit 1, l’unité de base la plus courante des ordinateurs quantiques, le qubit (ou qbit), peut prendre simultanément les valeurs de 0 et 1. Cette superposition de l’état permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer plusieurs calculs en parallèle.

 

Pour que les qubits fonctionnent sans erreur sur de longues périodes, ils doivent être refroidis à une température cryogénique voisine du zéro absolu (0 kelvin), soit -273,15 °C.  Ce froid extrême place le qubit dans son état d’énergie le plus faible possible, l’état fondamental, qui correspond à la valeur 0, un prérequis avant tout calcul.

Actuellement, des réfrigérateurs à dilution portent les qubits à environ 50 millikelvins au-dessus du zéro absolu. Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, et de l’Université du Maryland, aux États-Unis, ont développé un nouveau type de réfrigérateur quantique, complémentaire au réfrigérateur à dilution, capable de refroidir de manière autonome des qubits supraconducteurs jusqu’à la température record de 22 millikelvins.

 

Principe de fonctionnement du réfrigérateur quantique

 

Ce réfrigérateur quantique repose sur des circuits supraconducteurs et est alimenté par la chaleur de l’environnement. Il exploite l’interaction ayant lieu entre le qubit cible, à refroidir, et deux autres bits quantiques utilisés pour le refroidissement. À côté de l’un des qubits, un environnement chaud est créé pour servir de bain thermique chaud. Ce bain thermique transfère de l’énergie à l’un des qubits supraconducteurs, activant ainsi le réfrigérateur quantique.

Ce système est autonome : une fois mis en marche, il fonctionne sans contrôle externe et est alimenté par la chaleur générée naturellement par la différence de température entre deux bains thermiques.

 

Ce nouveau réfrigérateur quantique est présenté dans un article publié dans Nature Physics.

 

Performances

 

Grâce à cette méthode, les chercheurs ont pu accroître la probabilité que le qubit soit dans son état fondamental avant le calcul, atteignant 99,97 %, un résultat nettement supérieur à celui des techniques précédentes, qui varie entre 99,8 % et 99,92 %. Lorsque de multiples calculs sont effectués, cette légère différence se traduit par un gain important d’efficacité des ordinateurs quantiques.

 

Les auteurs de l’étude estiment que cette découverte ouvre la voie à des calculs quantiques plus fiables et moins sujets aux erreurs, tout en allégeant la surcharge matérielle.

 

 

Sources

Chalmers University of Technology. (9 janvier 2025). Record cold quantum refrigerator paves way for reliable quantum computers. ScienceDaily. Consulté le 1er février 2025 www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250109125828.htm

Aamir, M.A., Jamet Suria, P., Marín Guzmán, J.A. et al. Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit. Nat. Phys. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02708-5