Une percée majeure : un amplificateur réduisant de 90% la soif énergétique des ordinateurs quantiques
Des chercheurs de l'Université de Technologie de Chalmers ont développé un amplificateur révolutionnaire qui réduit la consommation d'énergie de 90% par rapport aux modèles actuels, une avancée cruciale pour le développement d'ordinateurs quantiques plus grands et plus stables. Ce dispositif innovant, qui ne s'active que lorsqu'il est nécessaire, atténue une source d'erreur connue dans les systèmes quantiques, ouvrant la voie à des conceptions avec plus de qubits et des performances améliorées.
L'appareil résout le problème de la décohérence, un défi majeur en informatique quantique. Pour extraire des informations d'un ordinateur quantique, l'état de ses qubits doit être mesuré, ce qui nécessite des amplificateurs micro-ondes sensibles capables de lire les signaux faibles. Cependant, ces amplificateurs génèrent également de la chaleur, une forme d'interférence électromagnétique qui peut perturber l'état quantique des qubits et corrompre les calculs.
L'équipe de Chalmers a mis au point un amplificateur plus sensible et plus efficace. « C'est l'amplificateur le plus sensible que l'on puisse construire aujourd'hui avec des transistors », explique Yin Zeng, doctorant à Chalmers et premier auteur de l'étude publiée dans IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. « Nous avons réussi à réduire sa consommation d'énergie à seulement un dixième de celle des meilleurs amplificateurs actuels, sans compromettre les performances. »
Cette avancée est essentielle pour augmenter la taille des ordinateurs quantiques. Contrairement à un bit classique, qui est soit un 1 soit un 0, un qubit peut exister dans une « superposition », représentant les deux valeurs simultanément. Cette propriété permet aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes complexes hors de portée des supercalculateurs traditionnels.
« Cette étude offre une solution pour le futur développement des ordinateurs quantiques, où la chaleur générée par ces amplificateurs de qubits constitue un facteur limitant majeur », souligne Jan Grahn, professeur d'électronique hyperfréquence à Chalmers et superviseur principal de Yin Zeng.
Le cœur de la conception de l'équipe réside dans sa fonction « à impulsion ». Au lieu d'être constamment amplifié, le dispositif ne s'active que brièvement pour lire un qubit. « C'est la première démonstration d'amplificateurs à semi-conducteurs à faible bruit pour la lecture quantique en mode pulsé, sans affecter les performances et avec une consommation d'énergie considérablement réduite par rapport à l'état de l'art », note le professeur Grahn.
Un défi technique majeur était de s'assurer que l'amplificateur pouvait s'allumer assez rapidement pour capturer l'impulsion d'information quantique. L'équipe a résolu ce problème en créant un système de contrôle intelligent. « Nous avons utilisé la programmation génétique pour permettre un contrôle intelligent de l'amplificateur », conclut Zeng. « En conséquence, il a réagi beaucoup plus rapidement à l'impulsion du qubit, en seulement 35 nanosecondes. »
Cette amélioration de l'efficacité pourrait aider à éliminer un goulot d'étranglement technique, soutenant les efforts pour construire des ordinateurs quantiques avec des applications en médecine, science des matériaux, intelligence artificielle et cryptographie.
