Une forme étrange d’hélium liquide refroidie à une température proche du zéro absolu pourrait offrir aux ordinateurs quantiques un nouveau moyen de protéger les informations contre le bruit électrique.
Des chercheurs de l’Université de Surrey et de Northwestern University ont proposé une architecture de qubit micromécanique appelée Superfluid Helium Oscillator Quantum, ou dispositif SHOQ.
Dans une étude publiée dans npj Quantum Information, l’équipe a modélisé la manière dont l’hélium-3 superfluide pourrait servir à coder des informations quantiques sans recourir aux composants chargés électriquement présents dans les qubits supraconducteurs conventionnels.
En remplaçant les courants électriques par un flux de fluide neutre, les chercheurs estiment que cette approche pourrait réduire les erreurs de calcul quantique d’environ 100 fois par rapport aux circuits supraconducteurs conventionnels.
Des atomes neutres plutôt que des composants électroniques sensibles
Les principales plateformes actuelles, notamment les processeurs conçus par IBM et Google, reposent largement sur des circuits supraconducteurs comme les transmons.
Bien que puissants, leurs composants chargés se comportent comme des antennes pour le bruit électromagnétique et les défauts diélectriques, à la manière de l’électricité statique qui fait adhérer un ballon. Ces erreurs expliquent notamment pourquoi les ordinateurs quantiques tolérants aux pannes devraient nécessiter de nombreux qubits physiques pour créer chaque qubit logique fiable.
L’architecture SHOQ évite totalement les charges électriques en utilisant de l’hélium-3 superfluide. Comme les atomes ont une charge nette nulle, ils n’interagissent pas avec les champs électriques parasites. Enfermé dans une cavité microfluidique dotée d’une plaque oscillante et d’une jonction faible à l’échelle nanométrique, l’hélium s’écoule sans friction et code les données dans des vibrations mécaniques quantifiées.
« Les calculs nous disent que cela devrait fonctionner », a déclaré Dr Priya Sharma, chercheuse à l’Université de Surrey et auteure principale de l’étude. « Nous avons repris ce que nous savons déjà sur l’hélium superfluide et les technologies quantiques pour en faire une conception raisonnée, avec les paramètres et les spécifications nécessaires à sa construction. L’étape suivante consiste à fabriquer un prototype et à mettre ces prédictions à l’épreuve. »
Le coauteur, Dr Eran Ginossar, a souligné que le dispositif n’avait pas besoin de remplacer entièrement les installations existantes. « La combinaison de différentes technologies quantiques pourrait nous permettre de tirer parti des atouts de chacune », a-t-il déclaré.
Relier portes rapides et mémoire résiliente
Les processeurs quantiques commerciaux sont confrontés à un dilemme fondamental entre vitesse et stabilité : les qubits supraconducteurs peuvent prendre en charge des opérations rapides sur les portes quantiques, mais maintenir la cohérence reste un défi majeur.
La conception de Surrey s’oriente vers un modèle informatique modulaire similaire à l’architecture des ordinateurs classiques. Plutôt que de contraindre un seul type de qubit à assurer à la fois les opérations rapides et le stockage des données à long terme, les dispositifs SHOQ pourraient servir de registres de mémoire quantique, tandis que les circuits à transmons prendraient en charge les portes logiques rapides.
Ce qu’eWeek a constaté : le défi des infrastructures cryogéniques
La même physique qui pourrait rendre un qubit à hélium superfluide résistant au bruit électrique crée aussi un défi majeur pour l’ingénierie : un refroidissement extrême.
L’hélium-3 devient superfluide à des températures de seulement quelques millikelvins, tandis que les conditions modélisées dans l’étude descendent sous le millikelvin — à des températures inférieures à celles de fonctionnement habituelles de nombreux processeurs quantiques supraconducteurs.
Atteindre ces températures peut nécessiter des techniques cryogéniques allant au-delà de la réfrigération standard par dilution, ce qui ajoute de la complexité aux équipements auxiliaires. Ce compromis pourrait en valoir la peine si les qubits SHOQ se révèlent nettement plus résistants au bruit et réduisent la surcharge nécessaire à la correction des erreurs quantiques.
Pour l’instant, toutefois, SHOQ reste une architecture proposée. Les chercheurs doivent encore construire un prototype et démontrer que les avantages prédits en matière de cohérence, de contrôle et de couplage se vérifient dans du matériel réel.
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