«C’est une bonne nouvelle pour les qubits à atomes neutres », se réjouit Georges-Olivier Reymond, président et cofondateur de Pasqal, la deeptech française qui travaille à la conception d’un ordinateur quantique basé sur cette technologie. La bonne nouvelle en question, c’est le temps d’interaction record - 6,5 nanosecondes - entre deux qubits à atomes neutres, mesuré par des chercheurs de l’Institut des sciences moléculaires à Okazaki, au Japon.
D’après ces travaux scientifiques publiés dans Nature Photonics, le 8 août 2022, la rapidité des opérations de calcul exécutées au travers d’une telle porte quantique (l’équivalent d’une porte logique dans un processeur) gagne deux ordres de grandeurs par rapport à d’autres expériences équivalentes.
Pour façonner ses qubits, l’équipe d’Okazaki a mis en œuvre, de façon conventionnelle, des atomes dits « de Rydberg ». En l’occurrence, ce sont deux atomes de rubidium refroidis par laser et piégés par des pinces optiques, excités au point que leur électron de valence orbite très loin du noyau. L’état 0 ou 1 d'un qubit correspond à deux niveaux d’énergie distincts de l'atome.
« La technique de refroidissement par laser employée ici est très poussée, indique Georges-Olivier Reymond. Elle permet de localiser de manière plus précise les atomes et de les rapprocher pour accroître la rapidité de leurs interactions. Une méthode qui repousse les frontières de la physique. »
En pratique, les chercheurs ont réussi à obtenir une distance interatomique minimale de 1,5 micromètre, avec une précision de 30 nanomètres, et une température d’un cent-millième de degré au-dessus du zéro absolu, pour minimiser les fluctuations thermiques. La paire d’atomes a été excitée simultanément par des impulsions laser de 10 picosecondes. Au final, l’intrication quantique – le phénomène au fondement de tout calcul quantique, avec la superposition d'état – est apparue au bout de 6,5 nanosecondes.
Plus vite que la décohérence
Ce résultat mettra peut-être fin à la réputation de relative lenteur des portes quantiques à atomes neutres – de l’ordre de la milliseconde -, comparaison faite avec les technologies concurrentes des qubits à ions piégés, silicium ou supraconducteurs, où la microseconde voire la nanoseconde sont de rigueur.
Cette perception est de toute façon trompeuse, car deux échelles de temps sont à prendre en considération, précise Georges-Olivier Reymond : « D’une part, la durée des interactions des atomes de Rydberg, sur laquelle se concentre cette publication scientifique. Chez Pasqal, nous avons déjà atteint la centaine de nanosecondes. D’autre part, le taux de répétition de ces opérations, qui tient notamment compte de la préparation des qubits et qui peut s’élever à plusieurs millisecondes. Mais ce dernier point n’est pas bloquant, car il s'agit de pure ingénierie. »
Cette publication démontre un autre bénéfice important. « Non seulement le calcul est plus rapide, mais il est surtout plus rapide que les perturbations entraînant la décohérence des qubits (qui annihile leurs propriétés quantiques, ndlr), explique Georges-Olivier Raymond. Les erreurs ont moins d’opportunités d’apparaître et la fidélité du calcul s’améliore. Ce degré de contrôle de la position des atomes est inspirant et confirme le potentiel des atomes neutres. »
D’après le président de Pasqal, la mise à l’échelle de ces deux qubits vers plusieurs dizaines ou centaines de qubits s’effectuera « naturellement ». Il est vrai qu'une telle entreprise n'effraie pas la deeptech, qui a annoncé, le 18 août dans Physical Review, la mise au point d’un ensemble de plus de 300 atomes de Rydberg, placés dans un environnement cryogénique à 4 Kelvin.
