ARCHIVÉ - Fabriquer un ordinateur quantique
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Le 09 février 2009 — Ottawa (Ontario)
Du plus petit au plus puissant, les ordinateurs d'aujourd'hui abritent des micropuces faites de millions de minuscules transistors, sorte de commutateurs qui acheminent le courant de millions d'électrons représentant les zéros et les uns binaires, fondement même du calcul numérique.
Mais qu'arriverait-il si l'ordinateur utilisait les propriétés quantiques des électrons et non leurs propriétés physiques? Pareil ordinateur surpasserait les transistors existants en recourant aux règles totalement différentes de la physique quantique pour résoudre les problèmes.
L'équipe de l'ISM-CNRC de Pawel Hawrylak, Andy Sachrajda, Sergei Studenikin et Guy Austing (de gauche à droite), et un cryostat d'hélium liquide. Le cryostat refroidit l'équipement qui mesure les semiconducteurs à points quantiques du CNRC.
« Même ultra rapide, l'ordinateur classique éprouve beaucoup de mal à résoudre toute une série de problèmes. Cela devient beaucoup plus facile avec un ordinateur quantique », affirme Guy Austing, de l'Institut des sciences des microstructures à Ottawa.
M. Austing se hâte de préciser que l'ordinateur quantique, dont l'idée est née il y a 50 ans, pourrait ne voir le jour que dans 50 autres années. Des équipes du CNRC y travaillent, à l'instar de chercheurs des universités, de l'armée et des sociétés d'électronique du monde entier. La recherche fondamentale emprunte de nombreuses directions, car on veut trouver la meilleure manière d'utiliser atomes, ions, photons, superconducteurs et semiconducteurs pour les calculs quantiques.
L'approche de M. Austing et de ses collègues passe par la nano-électronique et les semi-conducteurs en arséniure de gallium appelés « points quantiques ». Ces derniers fonctionnent même avec un ou deux électrons à la fois. On trouve déjà de l'arséniure de gallium dans quelques dispositifs électroniques spéciaux. On pourrait donc bâtir un ordinateur quantique avec les procédés de fabrication et l'équipement actuels. « Les transistors que nous examinons se comportent très différemment de ceux offerts dans le commerce », déclare M. Austing.
En effet, si les transistors des ordinateurs actuels régulent le flux de « bits » d'information binaire, l'ordinateur quantique, lui, manipulerait des unités d'information plus complexes appelées « qubits ». Une des principales propriétés du qubit est la « superposition ». Au lieu de véhiculer la valeur un ou zéro, le qubit possède un stade intermédiaire – un mélange de zéro et de un. Une autre propriété, l' « emboîtement » quantique, fait en sorte qu'avec la division d'un objet quantique en deux, par exemple, une mesure prise sur une partie de l'objet située à un endroit donné affecterait celle prise sur l'autre partie, située à un autre endroit, peu importe la distance les séparant.
De tels concepts ressembleront à du chinois pour les non-physiciens, mais cela revient à dire qu'un ordinateur quantique excellerait dans la résolution de plusieurs algorithmes bien connus se rapportant à des problèmes importants, « à difficulté exponentielle ».
La construction d'un ordinateur quantique « ne sera pas une panacée », prévient M. Austing. Les ordinateurs portatifs et les téléphones cellulaires n'en seront sans doute jamais dotés. Les micropuces au silicium d'usage courant sont ce qui leur convient le mieux.
Néanmoins, les ordinateurs quantiques pourraient modéliser le fonctionnement des systèmes quantiques – tels les atomes et les molécules – si bien que l'on comprendrait beaucoup mieux de quoi est faite la matière. Simuler plus vite et mieux de nouvelles molécules biologiques, chimiques ou pharmaceutiques toucherait une multitude de vies – une estimation récente fixe la valeur combinée de ces industries autour de 3 billions de dollars annuellement dans le monde, selon M. Austing.
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