L’informatique quantique promet de bouleverser de nombreux secteurs, de la chimie à la médecine en passant par l’aéronautique et l’intelligence artificielle (IA). Contrairement aux ordinateurs classiques, qui manipulent des bits valant 0 ou 1, elle repose sur des qubits, capables d’exister dans plusieurs états à la fois grâce aux lois de la mécanique quantique. Cette propriété, appelée superposition, combinée à l’intrication, permet d’explorer simultanément un grand nombre de possibilités. À terme, ces machines pourraient résoudre certains problèmes jugés aujourd’hui hors de portée, même pour les superordinateurs les plus puissants.
Mais derrière les promesses, la réalité reste beaucoup plus complexe. Le quantique repose sur des phénomènes qui n’existent qu’à des échelles extrêmement petites, où les règles de la physique diffèrent radicalement de celles que nous expérimentons au quotidien. C’est tout le paradoxe de cette technologie. Plus elle s’appuie sur des propriétés physiques puissantes, plus elle exige une précision extrême pour fonctionner.
La décohérence
L’un des principaux obstacles à l’essor de l’informatique quantique s’appelle la décohérence. Concrètement, elle empêche les qubits de conserver leur information suffisamment longtemps pour effectuer des calculs complexes.
Pour comprendre, il faut imaginer que l’état d’un qubit dépend d’un paramètre invisible, comparable à l’angle d’une « toupie en rotation », illustre Matthieu Delbecq, maître de conférences à Sorbonne Université, dans un entretien accordé à Presse-citron. Visualisez une toupie qui tourne à vitesse constante : si l’on connaît parfaitement sa rotation, on peut prédire exactement la position d’un point dessiné dessus à n’importe quel moment. Dans un qubit, cette position correspond à ce que les physiciens appellent la phase, une information essentielle pour réaliser des calculs quantiques.
Mais au moindre souffle, sa vitesse change légèrement. À l’œil nu, la toupie tourne toujours, mais le point repère n’est plus là où on l’attend. « Si la fréquence change pendant la manipulation, le qubit n’arrive pas là où on voulait qu’il arrive », explique le chercheur. C’est précisément ce phénomène qui conduit à la décohérence : la perte progressive de contrôle sur cette rotation invisible, et donc sur l’information quantique elle-même.
Et dans la réalité, l’environnement perturbe constamment les qubits : fluctuations électriques, vibrations, défauts du matériau ou excitations énergétiques imprévues etc. Ceci est d’autant plus difficile à maîtriser que le quantique se joue à une échelle où la moindre perturbation compte. Là où un ordinateur classique peut tolérer des imperfections, un qubit, lui, doit évoluer dans un environnement quasi parfait. « Les objets quantiques doivent garder une phase bien définie pendant un certain temps, sinon les effets quantiques disparaissent », poursuit Matthieu Delbecq.
Une étape clé pour la suite
C’est justement pour tenter de limiter ces perturbations qu’une équipe de chercheurs, dont Matthieu Delbecq fait partie, vient de publier une étude dans la revue Nature Communications. Le travail ne porte pas directement sur un qubit prêt à être utilisé dans une machine quantique, mais sur une brique fondamentale malgré tout : le contrôle extrêmement fin de l’environnement électronique dans un nanotube de carbone, le matériau au cœur de l’approche développée par C12. « Dans le travail qui est là, il n’y a pas de qubit », insiste le physicien. « Par contre, on a validé que le matériau est suffisamment propre et qu’on peut contrôler électriquement l’environnement des électrons ».
Pour y parvenir, les chercheurs ont fabriqué un circuit quantique à l’échelle nanométrique, reposant sur un nanotube de carbone suspendu au-dessus d’une série d’électrodes. En appliquant des tensions alternées, ils ont réussi à créer un potentiel périodique, une sorte de « cristal artificiel » capable de modifier la manière dont les électrons se déplacent. En modulant électriquement ce paysage énergétique, l’équipe est parvenue à faire apparaître une bande interdite d’énergie, un mécanisme clé pour empêcher certaines excitations parasites d’atteindre le système.
Cette expérience valide plusieurs briques essentielles pour la suite. D’abord, la pureté du matériau utilisé par C12 : sans un nanotube quasiment exempt de défauts, un tel contrôle aurait été impossible. Ensuite, la capacité à manipuler précisément l’environnement électrostatique des électrons, une condition indispensable pour construire des qubits fiables à partir de cette technologie. « L’idée est la même que pour les qubits : arriver à contrôler électriquement de manière fiable et reproductible le potentiel vu par les électrons », précise Matthieu Delbecq.
Des implications pour toute la filière
L’objectif, désormais, est d’aller au-delà de la démonstration physique pour intégrer directement des qubits dans ce type d’architecture. L’enjeu sera alors de vérifier si cette bande interdite d’énergie peut réellement améliorer la stabilité des états quantiques en conditions réelles. Car si cette protection fonctionne comme espéré, elle pourrait offrir une couche supplémentaire de défense contre les perturbations extérieures, sans alourdir excessivement la complexité des circuits.
Cette approche s’inscrit pleinement dans la vision de C12 depuis ses débuts : miser sur la qualité intrinsèque des qubits plutôt que sur une simple course au volume. « Plus le qubit physique est bon, moins on a besoin de qubits pour faire un qubit logique », note le chercheur. Mais au-delà du cas spécifique des nanotubes de carbone, cette avancée pourrait également profiter à l’ensemble de l’écosystème quantique. « Le principe est le même pour tous les matériaux : silicium, germanium ou autres », souligne Matthieu Delbecq.
Bien sûr, cela ne signifie pas que l’ordinateur quantique universel est imminent. Le chemin reste long, et de nombreux défis doivent encore être relevés avant d’atteindre des machines capables d’exécuter des applications concrètes à grande échelle. Mais en validant cette étape, les chercheurs se rapprochent un peu plus de qubits plus fiables, et donc d’une technologie réellement fonctionnelle, et révolutionnaire.
- Des chercheurs français, dont une partie émane de la startup C12, viennent de publier une avancée majeure pour mieux protéger les qubits du bruit quantique.
- Leur approche pourrait limiter la décohérence, l’un des principaux freins à des machines réellement fiables.
- Une étape clé qui rapproche progressivement l’ordinateur quantique d’applications concrètes.
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