Test réussi d’un réfrigérateur à dilution destiné aux...

L'informatique quantique est une technologie en plein essor qui exploite les lois de la mécanique quantique pour résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs classiques.^[1] Les ordinateurs quantiques doivent être refroidis à des températures cryogéniques, juste une fraction de degré au-dessus du zéro absolu, afin de maintenir les systèmes dans un état quantique. Ces états sont très sensibles aux interférences de l'environnement et la moindre augmentation de température peut rendre l'ensemble du système inopérant.^{[2, 3]}

Une équipe de scientifiques d'IBM a construit une preuve de concept pour un réfrigérateur à dilution, capable de refroidir les futures générations d'expériences quantiques.^[4] Les réfrigérateurs à dilution sont des dispositifs cryogéniques expérimentaux qui refroidissent un volume spatial jusqu'au régime du milli-Kelvin (mK), grâce à la dilution de l’hélium3 (He-3) dans un mélange d'hélium 3 et d'hélium 4. Dans un récent communiqué de presse, IBM a annoncé qu'après trois ans de travaux, son "super réfrigérateur" a atteint avec succès une température de fonctionnement d’environ 25 mK, avec un processeur quantique fonctionnel branché à l'intérieur.

Pendant longtemps, tous les réfrigérateurs à dilution étaient des systèmes "humides", nécessitant des fluides cryogéniques comme l'azote liquide pour commencer le refroidissement. Les réfrigérateurs d'aujourd'hui sont plus souvent "secs" et utilisent un composant mécanique appelé cryo-réfrigérateur pour fournir les températures initiales de 50 K et 4 K nécessaires au prérefroidissement du mélange d'hélium. Le réfrigérateur à dilution d'IBM se caractérise par une construction innovante du cadre et du cryostat - le composant principal, en forme de tonneau, responsable du refroidissement - afin de maximiser le volume expérimental tout en réduisant le bruit et en atteignant les températures requises pour refroidir le matériel quantique expérimental.

Ce "super réfrigérateur" a un volume expérimental de 1,7 mètre cube, soit deux à trois fois plus que les précédents réfrigérateurs à dilution. Il peut être équipé de différentes unités de réfrigération qui refroidissent à des températures différentes, et son poids de 6,7 tonnes permet d'amortir les vibrations qui peuvent interférer avec l'équipement quantique. Il est important de noter qu'il n'occupe qu'un dixième de l'espace des réfrigérateurs à dilution existants de puissance équivalente.

Selon IBM, ce "super réfrigérateur" ne sera peut-être pas utilisable avec les processeurs quantiques actuellement en cours de développement. Néanmoins, il contribue à mieux conceptualiser l'infrastructure cryogénique des centres de données quantiques de demain.

A gauche : Intérieur du "super réfrigérateur".
A droite : L'équipe d’IBM avec l'enveloppe extérieure de l'instrument fermée (source : Connie Zhou pour IBM) ^[4]

Sources

[1] Qu'est-ce que l'informatique quantique ? https://www.ibm.com/fr-fr/topics/quantum-computing
[2] Cooling quantum computers. https://www.datacenterdynamics.com/en/analysis/cooling-quantum-computers/

[3] IBM builds huge super-fridge colder than space to chill quantum computers. https://newatlas.com/computers/ibm-goldeneye-super-fridge-quantum-computing/

[4] IBM scientists cool down the world’s largest quantum-ready cryogenic concept system. https://research.ibm.com/blog/goldeneye-cryogenic-concept-system

Test réussi d’un réfrigérateur à dilution destiné aux ordinateurs quantiques