Des scientifiques de trois équipes ont fait une percée importante dans le développement d’ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, dans trois articles publiés dans la revue britannique Nature, le 19e d’affilée. Ils ont vérifié la fidélité des portes à double bit quantique en silicium au-delà du seuil des ordinateurs tolérants aux pannes (99 %). Les résultats confirment que l’informatique quantique puissante et fiable dans le silicium devient une réalité. La recherche montre également que les ordinateurs quantiques en silicium, ainsi que les supraconducteurs et les pièges à ions, sont des candidats prometteurs pour permettre le développement d’ordinateurs quantiques à grande échelle.
Une équipe de chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie a créé une opération de logique quantique universelle à deux qubits entre deux spins nucléaires formés par un donneur de phosphore, qui a été introduit dans le silicium par une méthode d’injection d’ions standard. Ils ont vérifié les performances de leur processeur quantique à l’aide d’une méthode connue sous le nom de « tomographie quantique de l’ensemble des portes » (GST), atteignant une fidélité à un qubit unique de 99,95 % et une fidélité à deux qubits de 99,37 %. En outre, selon les résultats, le spin de l’électron, qui est lui-même un bit quantique, peut être enchevêtré avec deux noyaux atomiques pour former un état quantique enchevêtré de trois qubits, soit une fidélité de 92,5 %. Cela ouvre la voie à la fabrication et à l’application dans le monde réel de grands processeurs quantiques sur silicium.
L’équipe de l’université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, a utilisé des matériaux formés à partir d’empilements de silicium et d’alliages silicium-germanium pour créer un système à deux qubits dans lequel les informations quantiques sont codées dans les spins d’électrons confinés dans des points quantiques, atteignant finalement une fidélité à un seul qubit de 99,87 % et une fidélité à deux qubits de 99,65 %.
L’équipe de l’Institut RIKEN au Japon a suivi une voie similaire, utilisant la même pile de matériaux que celle produite par l’équipe de Delft pour créer un bit quantique à deux électrons, atteignant une fidélité de 99,8 % pour un bit quantique simple et de 99,5 % pour un bit quantique double. Les résultats permettent aux bits quantiques de spin de rivaliser avec les circuits supraconducteurs et les pièges à ions pour la première fois en termes de performances générales de contrôle quantique.
Au cours de leurs expériences en collaboration, l’équipe de recherche des Pays-Bas et du Japon a découvert qu’une propriété appelée fréquence de Rabi est essentielle aux performances des systèmes informatiques quantiques. Ils ont également trouvé une plage de fréquences dans laquelle le seuil requis était atteint avec une fidélité de 99,8 % pour les portes binaires à quantification unique et de 99,5 % pour les portes binaires à quantification double.
Les chercheurs ont démontré qu’ils pouvaient réaliser des opérations universelles, c’est-à-dire que toutes les opérations fondamentales qui composent l’informatique quantique, y compris les opérations sur les bits à un ou deux quantiques, pouvaient être effectuées à la fidélité de la porte au-dessus du seuil de correction des erreurs.
Pour tester les performances du nouveau système, les chercheurs ont également utilisé l’algorithme de Deutsch-Jozsa à deux qubits et l’algorithme de recherche de Grover. Les deux algorithmes produisent des résultats corrects avec une fidélité élevée de 96 % à 97 %, ce qui démontre que les ordinateurs quantiques en silicium peuvent effectuer des calculs quantiques de haute précision.
