Une université suédoise est à l’origine de la percée de l’informatique quantique

L’Université de technologie Chalmers de Suède a réalisé une percée en matière d’efficacité du calcul quantique grâce à un nouveau type de thermomètre capable de simplifier et de mesurer rapidement les températures pendant les calculs quantiques.

La découverte ajoute un outil d’analyse comparative plus avancé qui accélérera les travaux de Chalmers dans le développement de l’informatique quantique.

Le nouveau thermomètre est la dernière innovation issue des recherches de l’université pour développer un ordinateur quantique avancé. Le projet OpenSuperQ à Chalmers est coordonné avec l’organisation de recherche technologique Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT), qui est le principal partenaire technologique du projet OpenSuperQ.

WACQT s’est fixé pour objectif de construire un ordinateur quantique capable d’effectuer des calculs précis d’ici 2030. Les exigences techniques derrière cet objectif ambitieux reposent sur des circuits supraconducteurs et le développement d’un ordinateur quantique avec au moins 100 qubits fonctionnant bien. Pour réaliser cette ambition, le projet OpenSuperQ nécessitera une température de fonctionnement du processeur proche du zéro absolu, idéalement aussi basse que 10 millikelvin (-273,14°C).

Basé au centre de recherche de l’Université Chalmers à Göteborg, le projet OpenSuperQ, lancé en 2018, devrait durer jusqu’en 2027. En collaboration avec l’université de Göteborg, WACQT gère également des projets de soutien menés à l’Institut royal de technologie (Kungliga Tekniska Högskolan) à Stockholm et des universités partenaires à Lund, Stockholm, Linköping et Göteborg.

Le financement en capital promis pour le projet OpenSuperQ géré par WACQT, qui a été engagé par la Fondation Knut et Alice Wallenberg avec 20 autres sociétés privées en Suède, s’élève actuellement à 1,3 milliard de SEK (128 millions d’euros). En mars, la fondation a augmenté son engagement de financement envers WACQT, doublant son budget annuel à 80 millions de couronnes suédoises au cours des quatre prochaines années.

L’augmentation du financement de la fondation conduira à l’expansion de l’équipe de recherche QC de WACQT, et l’organisation cherche à recruter 40 chercheurs supplémentaires pour le projet OpenSuperQ en 2021-2022. Une nouvelle équipe doit être constituée pour étudier les dispositifs nanophotoniques, qui peuvent permettre l’interconnexion de plusieurs processeurs quantiques plus petits dans un grand ordinateur quantique.

La sphère Wallenberg comprend 16 fondations publiques et privées gérées par divers membres de la famille. Chaque année, ces fondations allouent environ 2,5 milliards de couronnes suédoises à des projets de recherche dans les domaines de la technologie, des sciences naturelles et de la médecine en Suède.

Le projet OpenSuperQ vise à amener la Suède à l’avant-garde des technologies quantiques, notamment l’informatique, la détection, les communications et la simulation, a déclaré Peter Wallenberg, président de la Fondation Knut et Alice Wallenberg.

« La technologie quantique a un potentiel énorme, il est donc vital que la Suède dispose de l’expertise nécessaire dans ce domaine. WACQT a construit un environnement de recherche qualifié et établi des collaborations avec l’industrie suédoise. Il a réussi à développer des qubits avec une capacité éprouvée de résolution de problèmes. Nous pouvons aller de l’avant avec une grande confiance dans ce que WACQT va accomplir.

La percée du nouveau thermomètre ouvre la porte à des expériences dans le domaine dynamique de la thermodynamique quantique, a déclaré Simone Gasparinetti, professeure adjointe au laboratoire de technologie quantique de Chalmers.

“Notre thermomètre est un circuit supraconducteur et directement connecté à l’extrémité du guide d’ondes mesuré”, a déclaré Gasparinetti. “C’est relativement simple – et probablement le thermomètre le plus rapide et le plus sensible au monde pour cet usage particulier au millikelvin escalader.”

Les câbles coaxiaux et les guides d’ondes – les structures qui guident les formes d’onde et servent de connexion critique au processeur quantique – restent des composants clés des ordinateurs quantiques. Les impulsions micro-ondes qui descendent les guides d’ondes jusqu’au processeur quantique sont refroidies à des températures extrêmement basses en cours de route.

Pour les chercheurs, un objectif fondamental est de s’assurer que ces guides d’ondes ne véhiculent pas de bruit dû au mouvement thermique des électrons en plus des impulsions qu’ils envoient. Des lectures précises des mesures de température des champs électromagnétiques sont nécessaires à l’extrémité froide des guides d’ondes hyperfréquences, le point où les impulsions de contrôle sont délivrées aux qubits de l’ordinateur.

Travailler à la température la plus basse possible minimise le risque d’introduire des erreurs dans les qubits. Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pu mesurer cette température qu’indirectement, et avec des délais relativement longs. Le nouveau thermomètre de l’Université Chalmers permet de mesurer des températures très basses directement à l’extrémité réceptrice du guide d’ondes – avec une précision élevée et une résolution temporelle extrêmement élevée.

Le nouveau thermomètre développé à l’université fournit aux chercheurs un outil à valeur ajoutée pour mesurer l’efficacité des systèmes tout en identifiant les lacunes possibles, a déclaré Per Delsing, professeur au département de microtechnologie et nanoscience de Chalmers et directeur du WACQT.

« Une certaine température correspond à un nombre donné de photons thermiques, et ce nombre diminue de façon exponentielle avec la température », a-t-il déclaré. “Si nous parvenons à abaisser la température à l’extrémité où le guide d’ondes rencontre le qubit à 10 millikelvin, le risque d’erreurs dans nos qubits est considérablement réduit.”

Le rôle principal de l’université dans le projet OpenSuperQ est de diriger les travaux de développement des algorithmes d’application qui seront exécutés sur l’ordinateur quantique OpenSuperQ. Il soutiendra également le développement d’algorithmes pour la chimie quantique, l’optimisation et l’apprentissage automatique.

En outre, Chalmers dirigera les efforts visant à améliorer la cohérence quantique dans les puces avec plusieurs qubits couplés, y compris la conception de dispositifs, le développement de processus, la fabrication, l’emballage et les tests. Il mènera également des recherches pour évaluer les performances des portes à 2 qubits et développer des méthodes avancées de contrôle des qubits pour atténuer les erreurs systématiques et incohérentes afin d’atteindre des fidélités de portes ciblées.