Actualités – États-Unis – IBM va construire un réfrigérateur personnalisé pour faire fonctionner les futurs ordinateurs quantiques

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Pour construire un ordinateur quantique d’un million de qubits, IBM a réalisé qu’il n’existe aucun système de réfrigération commerciale permettant un tel développement Pourquoi les ordinateurs quantiques nécessitent-ils des températures aussi basses, un réfrigérateur à dilution, et que compte faire IBM?

Les ordinateurs quantiques sont fondamentalement différents des ordinateurs utilisés dans les applications quotidiennes, du traitement de texte aux jeux De nombreux reportages ont révélé comment ces machines vont révolutionner l’informatique et comment les ordinateurs des gens passeront au royaume quantique

La vérité est que les ordinateurs quantiques sont extrêmement bons pour résoudre des tâches spécifiques (telles que les recherches dans les bases de données), mais pas aussi bons pour le traitement générique Par conséquent, les ordinateurs quantiques fonctionneront avec des ordinateurs génériques afin que les programmes puissent utiliser le meilleur des deux mondes

Pour que les ordinateurs quantiques actuels fonctionnent, ils doivent être gardés extrêmement froids, plus froids que l’espace (moins de 1 kelvin) Lorsqu’on regarde le matériel informatique quantique, la plupart d’entre eux sont impliqués dans le refroidissement cryogénique utilisant de l’hélium liquide et de l’azote

Les ordinateurs quantiques nécessitent de telles températures froides pour préserver l’état quantique des qubits Les ordinateurs quantiques ne peuvent fonctionner que grâce au principe de superposition (selon lequel un état qubits existe dans une gamme de probabilités) Pourtant, cet état de superposition est perdu (jee s’effondre), lorsque le qubit est observé

Une observation ne signifie pas regarder la particule Cela signifie l’affecter via une influence externe, un champ magnétique, un photon ou une force mécanique Puisque la température est le mouvement énergétique des atomes, un qubit exposé à toute énergie thermique verra sa superposition effondrée à la suite de l’interaction thermique

Par conséquent, le refroidissement des qubits à la plage de température inférieure au kelvin aide à minimiser le mouvement thermique des atomes, empêchant ainsi l’effondrement de la superposition du qubit

Pour obtenir de telles températures froides, des systèmes de réfrigération sont utilisés qui utilisent de l’hélium et de l’azote liquides Des températures jusqu’à 4K peuvent être facilement atteintes en profitant de l’évaporation de He-3, qui a un point d’ébullition de 319K Cependant, les ordinateurs quantiques nécessitent des températures encore plus froides, et le simple fait de faire bouillir des gaz pour obtenir la température souhaitée est un gaspillage (surtout si l’on considère le prix des liquides cryogéniques)

Une méthode couramment utilisée est un réfrigérateur à dilution, et ceux-ci peuvent atteindre des températures aussi basses que 2 mK Le fonctionnement exact de ces systèmes est extrêmement complexe et repose sur des changements de phase entre les différents isotopes de He (He-3 et He-4) Cependant, le système global est très similaire à un réfrigérateur standard; l’utilisation d’étages de compression et d’évaporation aide à abaisser la température, tandis que l’utilisation de divers bains He à différentes pressions permet une réduction supplémentaire de la température de fonctionnement du fluide

La complexité des systèmes de refroidissement cryogénique signifie que ces systèmes sont coûteux et disponibles uniquement auprès d’une poignée d’entreprises IBM, un acteur majeur de la future technologie informatique, développe des ordinateurs quantiques, et le plus grand système dont ils disposent à ce jour contient 64 qubits La puissance d’un ordinateur quantique dépend du nombre de qubits qu’il contient, et par conséquent, IBM s’est fixé comme objectif de construire un ordinateur quantique avec un million de qubits

Cependant, après avoir analysé les systèmes de refroidissement disponibles, IBM a découvert qu’il n’existe actuellement aucun système commercial permettant un tel ordinateur Par conséquent, IBM a récemment annoncé son intention de développer ses propres solutions technologiques de refroidissement pour permettre le développement d’un tel ordinateur quantique.

Leur nouveau système de réfrigération fonctionnera selon les mêmes principes que ceux des réfrigérateurs à dilution actuels et aura une largeur prévue de 6 pieds de large et 10 pieds de haut La température cible du réfrigérateur proposé est de 15 millikelvin, ce qui permettra des ordinateurs quantiques fiables

Selon l’équipe de développement d’IBM, d’autres solutions existent actuellement pour produire des températures cryogéniques, telles que la tunnelisation d’électrons à travers un isolant de 2 nm d’épaisseur Lorsque les électrons ne reçoivent qu’une petite quantité d’énergie nécessaire pour traverser le matériau, les électrons absorbent l’énergie thermique du dispositif quantique monté sur l’isolant de 2 nm d’épaisseur, le refroidissant ainsi. Cependant, de telles solutions sont encore en développement et un processeur quantique aussi grand peut être plus facile à utiliser en utilisant un réfrigérateur dilué à la place.

Informatique quantique, mécanique quantique, informatique