Des scientifiques ont franchi une étape importante dans le domaine de l’informatique quantique. Ils ont en effet mis au point le plus petit ordinateur quantique du monde. De la taille d’un simple ordinateur de bureau, il fonctionne par ailleurs à température ambiante. Ce développement prometteur pourrait révolutionner le monde de l’informatique quantique, longtemps limité par des systèmes encombrants et coûteux à maintenir à des températures extrêmement basses.
L’ordinateur quantique, comment ça marche ?
Un ordinateur quantique est une machine qui utilise des qubits pour effectuer des calculs. Contrairement aux bits des ordinateurs classiques, qui ne peuvent être que dans un état binaire (0 ou 1), les qubits utilisent la superposition quantique, ce qui signifie qu’ils peuvent exister simultanément dans plusieurs états. Cela permet à un ordinateur quantique de traiter une énorme quantité de données en parallèle, ce qui rend certains calculs exponentiellement plus rapides que sur un ordinateur classique.
Cependant, le principal obstacle à l’informatique quantique réside dans la complexité des qubits. La plupart des qubits supraconducteurs doivent en effet être maintenus à des températures extrêmement froides, proches du zéro absolu (-273 °C), pour fonctionner correctement. À ces températures, les matériaux supraconducteurs peuvent maintenir un état quantique stable et permettre des calculs puissants, mais cette infrastructure est complexe, coûteuse et prend beaucoup de place. Il faut des machines massives, des réfrigérateurs quantiques spécialisés et énormément d’énergie pour maintenir ces températures.
Une nouvelle approche
C’est ici que la nouvelle approche développée entre en jeu. Dans le cadre d’une étude récente publiée dans la revue Physical Review Applied, une équipe de chercheurs a construit un ordinateur quantique en utilisant un photon (une particule de lumière) comme qubit. Cette approche, appelée informatique quantique optique, permet de contourner le besoin de refroidissement extrême puisque les photons peuvent maintenir leur état quantique à température ambiante.
Dans le détail, ce nouvel ordinateur quantique fonctionne à l’aide d’un seul photon intégré dans une fibre optique en forme d’anneau. Ce photon unique stocke l’information de manière très spéciale : il utilise 32 intervalles de temps (ou ce que les chercheurs appellent des dimensions). Cela signifie que dans cet ordinateur, un seul photon est capable de traiter et stocker des informations dans 32 états différents simultanément. Cela augmente ainsi considérablement la puissance de traitement de l’ordinateur tout en utilisant un composant extrêmement léger.
Notez qu’il existe déjà des ordinateurs quantiques optiques avec des centaines de photons, mais ils sont difficiles à gérer. Les chercheurs ont donc préféré se concentrer sur la fabrication d’une machine plus petite avec un seul photon stable.
Naturellement, cette expérience n’a pas été simple. Les photons apparaissent en effet de manière aléatoire et sont difficiles à contrôler. Un autre défi a été de stocker suffisamment d’informations à l’intérieur, ce qui nécessite des technologies avancées pour gérer les intervalles de temps de manière précise. Les progrès récents dans les technologies de fibre optique, qui permettent de guider la lumière avec plus de précision, ont été essentiels pour surmonter ces obstacles et rendre cette avancée en informatique quantique optique possible.
Pourquoi est-ce important ?
L’un des plus grands avantages de cette nouvelle machine est sa taille compacte et sa simplicité d’utilisation. Contrairement aux ordinateurs quantiques traditionnels, souvent encombrants et énergivores, cet ordinateur peut fonctionner à température ambiante et a la taille d’un ordinateur de bureau classique. Cela signifie qu’il consomme beaucoup moins d’énergie, coûte moins cher à faire fonctionner et pourrait être utilisé dans des environnements plus variés sans avoir besoin d’infrastructures complexes.
De plus, cette technologie est plus stable que d’autres approches utilisant des qubits à ions piégés qui nécessitent des lasers complexes pour ajuster les états quantiques. Ce système optique représente ainsi une alternative plus pratique et prometteuse pour le futur de l’informatique quantique.
Si cet ordinateur quantique optique est encore en phase de preuve de concept, les chercheurs ont déjà des ambitions pour le développer davantage. Ils cherchent à augmenter la capacité de stockage d’un photon unique afin de permettre à la machine de traiter des calculs encore plus complexes. Cette technologie pourrait à terme rivaliser avec les systèmes quantiques plus grands et offrir des solutions plus accessibles pour les chercheurs et les industries.
Un autre aspect prometteur est que ce système optique pourrait s’intégrer facilement dans les réseaux de communication quantique de demain. Les ordinateurs qui utilisent des photons pourraient se connecter à des systèmes qui emploient déjà la lumière pour transmettre des données, ce qui faciliterait ainsi l’intégration avec les infrastructures existantes.
