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L'intrigant ordinateur « intriqué »

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Les circuits réalisés avec des supraconducteurs sont prometteurs pour la conception d'ordinateurs très rapides. Parvenant à « intriquer » deux particules obtenues à partir de tels matériaux, des physiciens américains ont obtenu des "Qubits", un pas vers un ordinateur quantique tout à fait original.

Comment améliorer la performance des ordinateurs de plusieurs ordres de grandeur ? Par le « Qubit » de l'ordinateur quantique.

Tout le monde sait qu'un ordinateur fonctionne à partir des « bits » (les « 0 » et « 1 »), ces quantités élémentaires d'information qui permettent de procéder aux calculs. Nous abordions ce sujet dans un précédent article ("La mémoire du photon au secours de l'ordinateur") : les physiciens cherchent à stocker et transporter l'information à l'aide de systèmes quantiques, des « quantum bits », ou « Qubits », qui sont dotés par nature de deux états (ou niveaux d'information), correspondant à 0 et 1. Cela permettrait de miniaturiser encore plus.

Deux particules aux relations privilégiées

Le Qubit peut alors être représenté par les états de spin d'un électron, ou les états de polarisation d'un photon par exemple. Mais aussi par deux particules "intriquées". Un pas de plus vers l'ordinateur « quantique » a été franchi grâce à cette intrigante notion d'intrication appliquée aux supraconducteurs (1) .

Deux particules « intriquées » entretiennent une relation privilégiée. La mécanique quantique permet en effet de considérer que dans un certain état, deux particules peuvent être conçues au sein d'un système qui va les relier de telle façon que même à distance elles vont interagir « intimement ». Le concept, qui donne lieu à quelques divagations sur la « téléportation », permet par exemple de connaître immédiatement la polarisation d'un premier photon même sans l'observer et même s'il est très éloigne, dès lors que l'on connaît celle d'un second, et s'ils ont été conçus en même temps et de façon intriquée.

Avantage : ce phénomène sans équivalent en physique classique, autoriserait à une grande quantité de bits de travailler en même temps, pulvérisant de plusieurs ordres de grandeur la rapidité des ordinateurs classiques, dans une sorte de calcul « hyper » massivement parallèle.

Or, même si l'expérimentation est délicate, à cause de la fragilité de l'état d'intrication, qui doit demeurer suffisamment longtemps pour procéder aux calculs, on sait déjà de plusieurs façons créer des systèmes intriqués (trappes à ions à très basses températures par exemple). Mais le système doit satisfaire à un ensemble de conditions appelé « critère de DiVincenzo ». C'est en tout cas très complexe.

A Santa Barbara, à l'université de Californie, pour la première fois, une équipe de physiciens a réussi à fabriquer et à intriquer deux Qubits constitués d'ions dans un circuit en matériau supraconducteur, dont l'avantage est de pouvoir être manipulé avec plus de facilité que les trappes à ions. Matthias Steffen a travaillé à partir d'une « jonction tunnel Josephson », constituée de deux électrodes supraconductrices, de l'ordre du micromètre, séparées par une mince couche d'isolant électrique de dix à cinquante angströms d'épaisseur, qui satisfait le « critère de DiVincenzo » avec une précision de 87%

Résultat : les chercheurs ont réussi à intriquer deux ions simultanément. Le maximum atteint par des physiciens jusqu'ici est de huit. Résultat modeste. Mais quand même très prometteur...

(1) « Measurement of the Entanglement of Two Superconducting Qubits via State Tomography », Matthias Steffen, M. Ansmann, Radoslaw C. Bialczak, N. Katz, Erik Lucero, R. McDermott, Matthew Neeley, E. M. Weig, A. N. Cleland, John M. Martinis, Science 8 September 2006 - Vol. 313. no. 5792, pp. 1423 - 1425