Microsoft annonce un nouveau processeur quantique et se heurte au scepticisme

La nouvelle semble spectaculaire. Mercredi, Microsoft a présenté un nouveau type de puce quantique appelée Majorana 1, basée sur des bits quantiques topologiques. Ces bits quantiques sont beaucoup moins sujets aux erreurs que ceux utilisés par des entreprises comme Google, IBM ou IonQ. Grâce aux bits quantiques topologiques, il sera donc possible de construire des ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes significatifs en quelques années seulement, plutôt qu'en décennies, promet Microsoft.

L'entreprise parle d'un pas en avant décisif et se réfère à une publication parue le même jour dans la revue « Nature » . Cependant, il n’est pas fait mention d’un bit quantique topologique, et encore moins d’une puce dotée de plusieurs de ces bits. Au contraire, on dit que les résultats représentent une avancée significative vers la réalisation d’un bit quantique topologique. Alors, où en est Microsoft avec ses recherches ?

Il est incontestable que les bits quantiques topologiques accéléreraient énormément la construction d’un ordinateur quantique puissant. Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui utilisent des atomes neutres, des ions ou de minuscules circuits supraconducteurs pour stocker des informations. Ces bits quantiques peuvent être placés dans des états qui permettent d’effectuer des calculs beaucoup plus efficacement qu’avec les états d’un bit conventionnel. L’espoir est qu’un jour nous serons capables de résoudre des problèmes que même les supercalculateurs d’aujourd’hui ne peuvent pas gérer.

Cependant, les bits quantiques utilisés aujourd’hui sont très sujets aux erreurs. Même la plus petite perturbation provoque la désintégration des états quantiques sensibles, et tout l’avantage par rapport à un ordinateur classique disparaît. La tendance est donc de combiner de nombreux bits quantiques en un bit quantique logique, moins sujet aux erreurs que les bits individuels. Google a récemment montré que cette approche était prometteuse. Cependant, cela nécessite une énorme superstructure de bits quantiques qui ne font rien d’autre que corriger les erreurs.

Microsoft adopte depuis longtemps une approche différente. L'entreprise tente de développer des bits quantiques qui sont intrinsèquement robustes et doivent donc être corrigés moins souvent. Pour ce faire, les informations quantiques doivent être stockées de manière à être à l’abri des perturbations isolées. On dit alors que l’information quantique est topologiquement protégée.

Les recherches sur ces bits quantiques topologiques se poursuivent depuis des années. L’idée de base est de mettre en contact un nanofil semi-conducteur avec un supraconducteur. Si un champ magnétique est appliqué parallèlement au fil, deux états d’excitation devraient se former à ses extrémités. Ces états spatialement séparés mais interconnectés sont appelés états de Majorana. Théoriquement, ils sont adaptés au stockage d’informations quantiques.

Dans la publication Nature, les chercheurs de Microsoft démontrent comment les deux états 0 et 1 d'un bit quantique peuvent être distingués. Ils ne peuvent cependant pas exclure que les différences mesurées soient causées par d’autres effets dans le nanofil et n’aient donc rien à voir avec les états robustes de Majorana. L'expérience de Microsoft ne peut pas encore être décrite comme un bit quantique topologique, explique le physicien du solide Klaus Ensslin de l'ETH Zurich.

Cependant, cela n’empêche pas Microsoft de devenir public et d’affirmer avoir surmonté un obstacle crucial sur la voie d’un ordinateur quantique tolérant aux pannes. Cela signifie littéralement : « Aujourd'hui, nous avons démontré le premier qubit topologique au monde. »

La publication a été soumise à Nature il y a un an, explique Chetan Nayak, responsable du développement de l'ordinateur quantique topologique chez Microsoft. Depuis lors, des progrès considérables ont été réalisés. Une puce avec huit bits quantiques topologiques a été développée. De plus, il a été montré comment un tel bit pouvait être mis dans un état qui représente simultanément les valeurs 0 et 1. De tels états de superposition distinguent un bit quantique d’un bit ordinaire, qui ne peut représenter qu’une seule de ces deux valeurs.

Ces résultats supplémentaires ont été partagés cette semaine lors d'une réunion avec plus d'une centaine de scientifiques, précise Nayak. Darpa est également convaincu du concept. Le ministère américain de la Défense a récemment décidé de soutenir la construction d’un ordinateur quantique topologique.

Si les nouveaux résultats de Microsoft sont corrects, cela constituerait effectivement un grand pas en avant. Cependant, tant qu’il n’y a pas de publication, on ne peut pas sérieusement évaluer cette situation.

Microsoft aurait pu deviner que sa démarche serait accueillie avec scepticisme. Ce ne serait pas la première fois que l’on promet trop dans ce domaine. En 2018, un groupe de recherche financé par Microsoft à l'Université technique de Delft a publié un article dans Nature qui fournissait des preuves solides de l'existence des états de Majorana. Deux ans plus tard, il a dû être retiré . Un groupe d’experts a conclu que les auteurs n’avaient présenté que des données qui soutenaient leur hypothèse. Les données qui jettent le doute sur cette réussite ont été omises.

Microsoft a désormais mis fin à sa coopération avec la TU Delft. Depuis lors, les recherches sur les ordinateurs quantiques topologiques se déroulent principalement dans les laboratoires de l’entreprise.

Ces dernières années, cependant, Microsoft lui-même semble avoir douté de son succès. Parallèlement à la recherche sur les bits quantiques topologiques, l'entreprise a investi dans deux start-up qui s'appuient sur des bits quantiques conventionnels : les ordinateurs quantiques de Quantinum calculent avec des atomes ionisés, tandis que ceux d'Atom Computing calculent avec des atomes neutres. Avec ses deux partenaires, Microsoft a démontré ces derniers mois comment les erreurs de bits quantiques peuvent être réduites avec succès. Il ne sera possible de déterminer si un ordinateur quantique topologique atteindra son objectif plus rapidement qu'une fois que Microsoft aura publié toutes les données.

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