L'informatique quantique est actuellement l'un des domaines de recherche les plus passionnants (et les plus médiatisés). À cet égard, la startup allemande et australienne Quantum Brilliance a récemment fait quelque chose de grand. Le premier ordinateur quantique à température ambiante et à base de diamant au monde a été installé avec succès dans la lointaine Océanie !
En termes simples, l'ordinateur quantique de Quantum Brilliance ne nécessite ni zéro absolu ni système laser complexe. Alors, pourquoi la température ambiante vaut-elle la peine d’être évoquée ?
L'idée de base d'un système informatique quantique est que les qubits peuvent être dans un état qui n'est pas seulement "1" ou "0", mais une combinaison appelée "état de superposition". Cela signifie que deux qubits peuvent être dans l'état de superposition « 01 », « 10 », « 11 » et « 00 », représentant ainsi plus d'états et de données.
Mais voici le problème. Ces systèmes sont encore très sensibles à leur environnement. Les qubits ne peuvent maintenir un état de superposition donné que pendant un temps très limité, qui est le « temps de cohérence ». Si le temps de cohérence est limité, cela peut conduire à des erreurs dans les calculs effectués par le qubit.
Dans les ordinateurs quantiques traditionnels, des méthodes de refroidissement spéciales sont nécessaires pour garantir la cohérence quantique, mais les ordinateurs quantiques à température ambiante peuvent omettre cette étape. La cohérence quantique, ou en d’autres termes, le fait que les particules doivent se comporter comme des ondes (propriétés des ondes), est à la base de tous les effets quantiques.
Alors, comment Pawsey parvient-il à faire fonctionner les ordinateurs quantiques à température ambiante ?
Il s'agit de la méthode informatique quantique unique utilisée par Quantum Brilliance.
Ils ont tiré parti des centres de trous d'azote naturels dans le diamant synthétique sans utiliser de chaînes ioniques traditionnelles, de points quantiques de silicium ou de qubits de transmission supraconducteurs.
Un trou d'azote fait référence à un défaut dans le réseau de diamant, qui consiste en des atomes d'azote de substitution adjacents au trou.
Ces centres de trous d'azote ont la capacité de produire de la photoluminescence et peuvent lire le spin du qubit en fonction des caractéristiques de la lumière émise, sans avoir besoin d'interagir directement avec le qubit. De nombreuses techniques, telles que les champs magnétiques, les champs électriques, le rayonnement micro-ondes et la lumière, peuvent être utilisées directement pour contrôler le spin électronique des trous d’azote.
Structure en réseau de diamant avec trous d'azote Selon le livre blanc précédemment publié par la société, l'ordinateur quantique en diamant fonctionnant à température ambiante se compose d'un ensemble de nœuds de processeur.
Chaque nœud de processeur se compose d'un centre de trou d'azote (NV) et d'un groupe de spins nucléaires : le spin nucléaire intrinsèque de l'azote et jusqu'à 4 impuretés de spin nucléaire 13C proches. Le spin nucléaire agit comme le qubit de l'ordinateur et le trou d'azote sert de bus quantique, assurant l'initialisation et la lecture des qubits, ainsi que les opérations multi-qubits au sein et entre les nœuds.
La fidélité éprouvée d'initialisation et de lecture dépasse 99,6 % en 2021, tandis que la fidélité de déclenchement à qubit simple et double dépasse respectivement 99,99 % et 99 %, le temps de déclenchement correspondant est d'environ 10 microsecondes.
Certains travaux ont montré qu'en utilisant une technologie de contrôle quantique plus avancée, la fidélité de la porte peut dépasser 99,999 % et le temps de fonctionnement de la porte peut être inférieur à 1 microseconde.
En raison des limites de la fabrication des masques d'implant et de la diffusion des ions implantés, cette précision ne peut pas être obtenue en utilisant la technologie existante d'implantation d'ions azote « de haut en bas » pour créer des centres NV.
L'une des inventions clés de Quantum Brilliance est une technologie de fabrication de diamants « ascendante » de précision atomique qui contourne ces limitations grâce à la chimie de surface et à la photolithographie. Une autre invention importante est la puce quantique intégrée, qui miniaturise et intègre les systèmes de contrôle électriques, optiques et magnétiques de l’ordinateur quantique diamant.
Cependant, selon le livre blanc, le système ne dispose que de 5 qubits, ce qui est évidemment loin des 72 qubits de Google.
La plupart des travaux d'informatique quantique sont désormais effectués dans des environnements de simulation sur des plates-formes telles que Quiskit d'IBM et l'initiative cuQuantum de Nvidia. De plus, le courant dominant des ordinateurs quantiques est le mainframe. Les produits existants occupent généralement plusieurs mètres carrés, voire la taille d'une pièce.
En effet, divers matériels quantiques limitent la taille des ordinateurs centraux, car ce sont de grandes machines fragiles qui nécessitent des températures et/ou des pressions ultra-basses et des systèmes de contrôle complexes pour fonctionner. S’il n’existe pas d’ordinateurs quantiques à température ambiante, il existera alors plusieurs ordinateurs centraux quantiques dans chaque installation de calcul intensif et de cloud computing du monde, mais il ne sera pas possible de les promouvoir au point de les généraliser. Le déploiement d’ordinateurs quantiques à température ambiante dans des centres de calcul intensif permettra aux chercheurs de véritablement profiter de l’informatique, de la maintenance et de l’intégration sur site.
Dans le même temps, la coopération avec le Pawsey Supercomputing Research Center vise également à accélérer l'appariement des systèmes quantiques et classiques en établissant un environnement hybride initial capable de diagnostiquer les goulots d'étranglement et d'analyser les possibilités quantiques. améliorations de l’intégration classique.
Mark Stickells, directeur exécutif de Pawsey, a déclaré que l'intégration de l'accélérateur quantique dans l'architecture HPC aidera ses 4 000 chercheurs à en apprendre davantage sur la façon dont les deux systèmes peuvent fonctionner ensemble. Cela fournira un banc d’essai capable de démontrer des applications pratiques, afin que nos chercheurs puissent travailler plus efficacement, faisant ainsi progresser la science quantique et accélérant les recherches futures. "C'est une étape clé vers l'avenir de l'informatique hybride."
Le 31 mai, à l'Asia Tech x Singapore, vice-Premier ministre, ministre coordonnateur Heng Swee Keat, ministre de la politique économique et président de la Fondation nationale de recherche, a annoncé que le programme d'ingénierie quantique (QEP) avait été officiellement lancé. Singapour réunira trois plates-formes nationales pour développer des capacités dans les domaines de l'informatique quantique, des communications quantiques sécurisées et de la fabrication de dispositifs quantiques.
Selon le plan Recherche, Innovation et Entreprise 2020 de Singapour, le plan investit 23,5 millions de dollars singapouriens (environ 114 millions de yuans) dans ces trois plateformes pour une période maximale de 3,5 ans. Ces plateformes recevront un soutien supplémentaire de la part de la communauté des chercheurs.
Ces trois plateformes quantiques nationales sont composées de l'Université nationale de Singapour (NUS), de l'Université technologique de Nanyang de Singapour (NTU Singapour), de l'Agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR) et le National Supercomputing Centre of Singapore (NSCC) hébergé par :
National Quantum Computing Center (NQCH) NQCH réunira les équipes du Center for Quantum Technology (CQT) de l'Université Nationale de Singapour et de l'Université Technologique de Nanyang, et de hautes recherche en calcul de performance menée par A*STAR (IHPC) et le Singapore National Supercomputing Centre (NSCC) pour construire un écosystème d'informatique quantique à Singapour.
National Quantum Fabless Fabric (NQFF) National Quantum Fabless Fabric (NQFF) situé à l’Institut de recherche et d’ingénierie des matériaux (IMRE) d’A*STAR soutiendra les trois piliers de l’informatique quantique du QEP Micro et nanofabrication de l’informatique quantique appareils de communication et de détection.
Il développera également des dispositifs habilitants liés aux besoins stratégiques de Singapour dans l’écosystème de la technologie quantique.
Réseau national de sécurité quantique (NQSN) Annoncé en février 2022, le NQSN mènera des essais à l'échelle nationale de la technologie de communication sécurisée quantique afin d'assurer une cybersécurité renforcée pour les infrastructures critiques et les entreprises traitant des données sensibles. L'initiative est dirigée par le CQT ainsi que par l'Université nationale de Singapour et l'Université technologique de Nanyang, avec plus de 15 collaborateurs privés et gouvernementaux.
À cet égard, le professeur José Ignacio Latorre, directeur du CQT à l'Université nationale de Singapour et chercheur principal du NQCH, a commenté : « L'informatique quantique arrive. La question n'est pas « quand » , mais 'qui sera prêt' ? C'est bien d'utiliser cette technologie.
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