La décohérence quantique. La voie des atomes neutres contrôlés par laser

Devant les enjeux, une course mondiale a été lancée avec des entreprises comme Google et IBM ou, en France, avece les start up Quandela et Pasqual

Pour cela, les ordinateurs quantiques ont besoin de résoudre ce qui est appelé le problème de la décohérence en rapport avec un nombre suffisamment élevé de qubits. Plusieurs voies de recherche sont explorées. Certaines d’entre elles misent beaucoup sur l’emploi d’une technique déjà connue avec les ordinateurs classiques, celle des codes correcteurs d’erreurs. Mais elles demandent un encore plus grand nombre de qubits.

Pour une seconde révolution quantique, il faudrait donc aussi des machines reposant sur des principes permettant de les faire grandir facilement et à moindre coût.

C’est la voie explorée, en France, par Pasqual (voir la vidéo ci-dessus avec Loic Henriet) et par Manuel Endres au Caltech, avec ses étudiants Hannah Manetsch, Gyohei Nomura et Elie Bataille, en utilisant des pinces optiques à base de faisceaux laser pour piéger des atomes neutres porteurs potentiellement des qubits dans des réseaux optiques.

Ces chercheurs viennent de battre un record du monde, comme le montre un article publié dans Nature, dont une version existe en accès libre sur arXiv. Le communiqué du Caltech qui l’accompagne explique que leur équipe de physiciens a créé le plus grand réseau de qubits jamais réalisé, à savoir 6 100 qubits composés d’atomes neutres, piégés dans une grille par des lasers.

Les réseaux précédents de ce type n’en contenaient que quelques centaines, précise le même communiqué dans lequel Manuel Endres déclare que « c’est un moment passionnant pour le calcul quantique à base d’atomes neutres. Nous voyons désormais un chemin vers des ordinateurs quantiques de grande taille avec correction d’erreurs. Les éléments constitutifs sont en place » .

Il a fallu un faisceau laser divisé en 12 000 pinces optiques pour piéger ces atomes dans une chambre à vide, chacun mis dans un état de superposition quantique pour porter un qubit. « Sur l’écran, nous pouvons voir chaque qubit comme un point lumineux. C’est une image frappante du matériel quantique à grande échelle », ajoute Hannah Manetsch.

En bdu record de nombre de qubits, l’équipe les a maintenus en superposition pendant environ 13 secondes – près de 10 fois plus longtemps que dans les réseaux précédents – tout en manipulant chaque qubit avec une précision de 99,98 %, précise encore le communiqué du Caltech.

Toutefois, il ne s’agit pas encore d’un processeur quantique. Pour cela, il va falloir aussi mettre les qubits dans un état d’intrication quantique et réaliser avec eux notamment des portes logiques et mettre en pratique ces fameux codes correcteurs quantiques.