En route vers des processeurs quantiques évolutifs

Un groupe de recherche en physique de la TU Darmstadt, qui a reçu un financement de 3,3 millions d’euros dans le cadre du programme « Quantum Technologies » du gouvernement fédéral allemand, poursuit des objectifs ambitieux. Des unités de mémoire plus grandes et plus de cœurs de traitement se traduisent par une puissance de calcul accrue. Ils connaissent tous cette classification à partir des spécifications techniques des ordinateurs classiques. Cela s’applique encore plus aux ordinateurs quantiques et aux simulateurs quantiques. Un nombre suffisamment important de cellules mémoire pour stocker l’information quantique, on parle de bits quantiques ou qubits en référence aux bits comme unités d’information classiques, est nécessaire pour que ces nouveaux systèmes informatiques exploitent tout leur potentiel.

Ainsi, des recherches intensives sont menées dans le monde entier pour développer de nouvelles plateformes technologiques pour les ordinateurs quantiques et les simulateurs quantiques qui permettent d’augmenter le nombre de qubits avec une utilisation réduite des ressources supplémentaires nécessaires pour cela. Ce qui est donc requis, c’est l’évolutivité la plus efficace des processeurs quantiques sous-jacents.

De nouvelles impulsions

Dans cette compétition mondiale, l’Institut de physique appliquée de l’Université technique de Darmstadt peut désormais donner de nouvelles impulsions. Avec le projet « Darmstadt Neutral Atom Quantum Technology Platform (DaNaQTP) », financé par le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) à hauteur de 3,3 millions d’euros dans le cadre du programme de financement « Quantum Technologies », l’équipe peut développer de manière significative son architecture pour les processeurs quantiques, particulièrement ambitieuse en comparaison internationale, et exploiter pleinement le potentiel d’évolutivité.

Voici une vidéo montrant le fonctionnement d’un ordinateur quantique :

L’approche est basée sur une combinaison d’une technologie optique de pointe avec les méthodes les plus avancées d’optique quantique, qui facilitent la manipulation évolutive des états quantiques.

Comment fonctionne le système ?

Basées sur des matrices de microlentilles fabriquées par lithographie, des architectures de piégeage bidimensionnelles pour des atomes neutres individuels sont générées avec une lumière laser. Chaque atome stocke un qubit, qui présente la limite d’allocation matérielle la plus basse physiquement réalisable pour un qubit.

Dans DaNaQTP, chaque atome peut être inscrit individuellement avec des informations quantiques, et celles-ci peuvent être relues de manière entièrement contrôlée. Le contrôle nécessaire d’un qubit par un autre qubit, requis pour le traitement de l’information dans le processeur quantique, est obtenu par l’interaction entre les atomes dans des états de haute altitude, connus sous le nom d’états de Rydberg.

Une évolutivité prometteuse

Les objectifs centraux du projet sont, d’une part, de développer la mémoire quantique déjà démontrée à Darmstadt en un processeur quantique fonctionnel avec 100 qubits en interaction, et d’autre part d’augmenter considérablement le nombre de cellules mémoire pour les qubits.

Ici, le formidable potentiel d’innovation de la plateforme DaNaQTP prend tout son sens. La prochaine étape avec la mise à l’échelle à 1000 qubits doit être réalisée au cours du projet. Mais au-delà, la base technologique utilisée ouvre déjà la voie à des processeurs quantiques avec 100 000 qubits entièrement contrôlables. Actuellement, seules quelques autres plateformes peuvent prédire l’évolutivité de manière aussi explicite.