Conférence de l’IIF Cryogenics 2025 : Les dernières avancées de la cryogénie appliquée à l’informatique quantique

Lors de la dernière édition de la Conférence de l’IIF sur la cryogénie, qui s’est tenue du 7 au 11 avril 2025 à Prague (République tchèque), le professeur Ziad Melhem a présenté un panorama des dernières avancées réalisées dans le domaine de la cryogénie appliquée à l’informatique quantique ^[1].

 

Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs classiques grâce, en partie, à un phénomène appelé superposition. Alors que l’unité fondamentale d’un ordinateur classique, le bit, vaut soit 0, soit 1, l’unité de base la plus courante des ordinateurs quantiques, le qubit, peut prendre simultanément les valeurs 0 et 1. Cette superposition d’état permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer plusieurs calculs en parallèle. Le froid est essentiel à cette technologie : pour pouvoir fonctionner correctement sur de longues périodes, les qubits doivent être refroidis à des températures cryogéniques, à peine une fraction de kelvin au-dessus du zéro absolu.

 

Lors de sa présentation, le professeur Melhem a dressé un panorama des méthodes de refroidissement actuellement employées pour obtenir les basses températures nécessaires à l’informatique quantique. Celles-ci incluent :

• les réfrigérateurs à dilution : comptant parmi les techniques de refroidissement les plus efficaces employées dans l’informatique quantique, le réfrigérateur à dilution utilise un mélange de deux isotopes de l’hélium : l’hélium 3 (3He) et l’hélium 4 (4He). À une température inférieure à 1 K, un processus appelé « dilution » a lieu : les atomes d’hélium 3 se mêlent à ceux d’hélium 4, absorbant alors la chaleur et refroidissant le système à des températures encore plus basses.
• les cryoréfrigérateurs : ces dispositifs refroidissent un système en alternant des phases de détente et de compression de gaz tels que l’hélium, l’hydrogène ou le néon. En comparaison avec les réfrigérateurs à dilution, les cryoréfrigérateurs peuvent être de dimension plus petite et plus efficaces, ce qui en fait une option de choix pour certains usages spécifiques en informatique quantique.
• la désaimantation adiabatique : cette méthode de refroidissement repose sur le principe d’une diminution de l’entropie d’un système lorsque son champ magnétique se modifie à température constante. Cette technique est moins courante que celles du froid par dilution ou des cryoréfrigérateurs car elle demande un contrôle précis du champ magnétique et n’est pas aussi efficace pour atteindre les températures extrêmement basses qui sont nécessaires à la plupart des systèmes informatiques quantiques.

 

Le recours à la cryogénie pour l’informatique quantique pose plusieurs défis encore non résolus, comme les fluctuations thermiques, la production de chaleur par les composants électroniques classiques, et les coûts élevés des infrastructures requises. Il est nécessaire de poursuivre les recherches et l’innovation dans ce domaine pour y répondre, alors que commencent à émerger des solutions.

 

La technologie cryogénique CMOC (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire), par exemple, pourrait permettre d’intégrer de manière plus efficace et compacte l’électronique classique et les processeurs quantiques. Cela permettrait de limiter la production de chaleur des systèmes classiques et de faciliter le déploiement à plus grande échelle des ordinateurs quantiques.

 

Un autre axe majeur de recherche et développement est la correction des erreurs quantiques, essentielle pour préserver la stabilité et la fiabilité des ordinateurs quantiques. En raison de la nature fragile des qubits, des erreurs peuvent rapidement survenir lors des calculs quantiques. La correction de ces erreurs est donc fondamentale pour éviter leur propagation et garantir l’exactitude des résultats. Toutefois, cette correction nécessite des qubits et des ressources supplémentaires, ce qui accroît la complexité et requiert des techniques cryogéniques avancées afin d’assurer le bon fonctionnement des systèmes aux températures requises.

 

De récents progrès réalisés dans le domaine des systèmes cryogéniques ont permis d’améliorer la correction des erreurs quantiques, contribuant ainsi à renforcer les performances et les possibilités de développement des systèmes quantiques.

 

 

Pour en savoir plus, consulter la présentation, disponible dans FRIDOC.

Avancées récentes en cryogénie pour l’informatique quantique   

 

Sources

[1] Melhem Z. Recent advances in cryogenics for quantum computing. Cryogenics 2025. Comptes-rendus de la 18^e Conférence internationale de l’IIF sur la cryogénie, Prague, République tchèque, 7-11 avril 2025. https://iifiir.org/fr/fridoc/avancees-recentes-en-cryogenie-pour-l-informatique-quantique-150585