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La science, l'industrie et la société rêvent d'ordinateurs quantiques depuis de nombreuses années. Ceux-ci promettent de résoudre des problèmes de calcul complexes qui dépassent les capacités des ordinateurs conventionnels. Mais jusqu'à présent, leur susceptibilité aux erreurs a limité leur utilisation à une poignée de tâches extrêmement spécifiques.
Ces dernières années, deux groupes de recherche de l'ETH Zurich ont pu démontrer la correction d'erreurs dans des systèmes quantiques à l'aide de techniques de correction d'erreurs. Dans un cas, ils y sont parvenus à l'aide d'une puce comportant 17 bits quantiques physiques (qubits) connectés pour former un qubit logique. Ici, neuf des qubits constituent le qubit logique, tandis que les huit autres sont responsables de la correction des erreurs. Le problème est qu'il faut plus d'un qubit logique pour réaliser un ordinateur quantique.
Deux équipes, deux technologies, un objectif
L'agence américaine de financement de la recherche IARPA a lancé plusieurs projets de recherche fondamentale visant à enchevêtrer deux qubits logiques et à transférer l'état quantique d'un qubit logique à l'autre. À cette fin, l'IARPA prévoit d'investir un total de 40 millions de dollars au cours des quatre prochaines années dans deux projets : SuperMOOSE, dirigé par Andreas Wallraff, professeur à l'ETH Zurich, et MODULARIS, coordonné par l'Université d'Innsbruck avec la participation du groupe dirigé par Jonathan Home, professeur à l'ETH Zurich. L'équipe d'Andreas Wallraff collabore avec des chercheuses et chercheurs du MIT, du Forschungszentrum Jülich, de l'Université de Sherbrooke au Canada et de deux entreprises, Zurich Instruments et Atlantic Quantum. L'ETHZ-PSI Quantum Computing Hub de l'Institut Paul Scherrer est également impliqué dans les deux projets.
Ces projets font appel à deux technologies différentes. Alors que l'équipe de l'ETH Zurich utilise des composants supraconducteurs, l'approche de l'équipe d'Innsbruck est basée sur des pièges à ions. Les progrès réalisés par les deux équipes seront publiés dans des revues scientifiques et le succès de l'initiative sera évalué à intervalles réguliers au cours des quatre années prévues.
«Si nous parvenons à connecter deux qubits à correction d'erreurs l'un à l'autre, nous aurons jeté les bases des futurs ordinateurs quantiques qui pourront alors être utilisés pour accomplir un large éventail de tâches», explique Andreas Wallraff. Cependant, il faudra plusieurs étapes supplémentaires pour connecter d'abord des douzaines, puis des centaines et enfin des milliers de qubits logiques.
La collaboration internationale est essentielle
Les ordinateurs quantiques font partie des technologies clés du 21e siècle. Leur développement est toutefois un processus complexe, long et coûteux. C'est pourquoi la collaboration internationale est essentielle. «La décision de l'IARPA de financer non pas un, mais deux projets auxquels participe l'ETH Zurich confirme la position de leader de notre université dans ce domaine de recherche vital», se réjouit Christian Wolfrum, vice-président pour la recherche de l'ETH Zurich. «Il est maintenant crucial que la Suisse soit le plus rapidement possible un pays associé à Horizon Europe afin que nos scientifiques puissent également participer au programme quantique phare de l'UE.»