Calcul quantique : les qubits sur silicium passent le seuil des 99,5% de fidélité

Les qubits sur silicium sont l'une des pistes explorées pour réaliser les promesses du calcul quantique. Trois études publiées simultanément dans Nature viennent  de démontrer que de tels qubits peuvent atteindre une fidélité de 99,5%. Un niveau dont se réjouit Philippe Bourgouin, directeur adjoint de la recherche technologique au CEA.

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Calcul quantique : les qubits sur silicium passent le seuil des 99,5% de fidélité
Bits quantiques sur silicium développés par le CEA.

C’était la conclusion de trois études indépendantes publiées dans le même numéro de Nature le 19 janvier : il est possible de fabriquer, en utilisant un silicium enrichi en isotope 28, des systèmes de un à trois qubits avec des fidélités de fonctionnement dépassant les 99,5%. Une avancée qui conforte les acteurs français du domaine qui avaient choisi la voie du qubit semi-conducteur, à l’instar du consortium français Quantum Silicon Grenoble (QSG).

« Quel que soit le système de qubits que vous considériez aujourd’hui, supraconducteur, semi-conducteur, ions piégés, photon ou atomes froids, il est indispensable pour développer des ordinateurs quantiques d’améliorer la fidélité, c’est-à-dire réduire le taux d’erreur », détaille Jean-Philippe Bourgouin, directeur adjoint de la recherche technologique au CEA. Plusieurs grandes approches sont possibles pour ce faire. Soit améliorer le qubit physique pour que celui-ci soit le plus parfait possible, soit compter sur des codes correcteurs d’erreur qui nécessitent un certain nombre de qubits physiques supplémentaires. Un grand nombre, pointe Jean-Phillipe Bourgouin : « Ces codes correcteurs peuvent demander de l’ordre de 1000 à 10 000 qubits pour obtenir 1 qubit parfait. »

Un seuil qui rend possible l'utilisation de codes correcteurs d'erreur

Cette deuxième approche appliquée sur des qubits supraconducteur, choisie par des géants du secteur comme IBM ou Google, avait pris une certaine avance : IBM a dévoilé, fin 2021 son processeur quantique de 127 qubits, et promet d’atteindre les 1221 qubits d’ici 2023. De leur côté, les travaux sur la piste semi-conducteurs – silicium ou germanium – , qui permettrait une mise à l’échelle plus facile grâce au savoir-faire de la filière microélectronique, n'ont pas dépassé les systèmes de 6 qubits. Ces trois nouvelles études viennent conforter cette approche.

« C’est une avancée significative, car ces trois papiers ont montré qu’on pouvait avoir un seuil d’erreur bien en dessous de 1%, ce qui rend possible l’utilisation de codes correcteur d’erreur, commente Jean-Philippe Bourgoin. C’est une confirmation importante pour le potentiel de la voie des qubits semi-conducteurs. » Une avancée qui repose sur un traitement du silicium, enrichi en isotope 28. « On élimine une cause d’erreur liée au spin nucléaire du silicium 29 ce qui permet de gagner significativement en fidélité des qubits », explique-t-il.

Pour le CEA, qui travaille avec une cinquantaine de chercheurs de l’institut Néel-CNRS, et de l’Université de Grenoble Alpes dans le consortium QSG, c’est une bonne nouvelle, même si l'institution travaille aussi sur la piste supraconductrice. « Il y a toutefois encore bien des étapes à franchir, par exemple, personne n’a pour l’instant réussi à développer un code correcteur d’erreur intégré au système de qubits. »

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