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Ordinateurs quantiques

Tout sauf classiques

Un bit quantique possible est « la boîte à paire de Cooper ». Il s’agit d’un îlot supraconducteur (quelque millions de nanomètres cube, par exemple en aluminium), séparé d’un fil supraconducteur par une barrière isolante (tunnel) : c’est donc une jonction Josephson. La variable quantique est le nombre de paires supraconductrices qu’on attire dans l’îlot par un potentiel de grille placé en face de l’îlot.

crédits : Physique Mesoscopique, LPS, Orsay

Dans un monde classique, comme la supraconductivité est due à des paires d’électrons, ce sont un nombre entier de paires qui peuvent se trouver dans l’îlot : une paire est soit dans l’île soit en dehors de l’île. Mais si la barrière tunnel est suffisamment passante, grâce au principe d’incertitude il est possible qu’une paire soit à la fois dans l’île et à l’extérieur de l’île, une superposition de 0 et 1.

crédits : Groupe Quantronique, CEA SaclayUn autre bit quantique possible est constitué d’une boucle supraconductrice avec une jonction Josephson en son sein. Cette boucle transporte un supercourant (un courant qui ne chauffe pas car la résistance étant nulle, il n’y a pas d’effet Joule). Ce supercourant peut circuler dans un sens  ou dans l’autre, et on peut donc se servir de la direction de circulation pour faire des  0 ou des 1 (dans un sens ou dans l’autre). Dans une boucle quantique, le courant circule dans les deux sens à la fois donc on a à la fois des 0 et des 1 : c’est un bit quantique.

Les qubits les plus prometteurs actuellement sont des oscillateurs Josephson : ils sont composés d’une jonction Josephson réglable (un squid), qui se comporte comme une inductance (une bobine supraconductrice), en parallèle avec une capacité.  Le record réalisé par un groupe de l’Université de Santa Barbara aux Etats-Unis est de 5 qubits dans le même circuit, ou en France deux qubits intriqués que l’on peut à la fois adresser et lire (voir figure du microprocesseur quantique à deux qubits).

La difficulté n’est pas seulement de trouver les bons bits quantiques, mais également des façons de les initialiser, adresser, et de les manipuler tout en ne les couplant pas trop au monde extérieur car ils perdraient alors leur caractère quantique…

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