Un ordinateur quantique se refroidit en effectuant des calculs
Des ordinateurs quantiques fabriqués à partir de diamants imparfaits, pourraient s’empêcher de surchauffer simplement en exécutant un algorithme. La plupart des machines quantiques doivent être maintenues à basse température, mais le « refroidissement algorithmique » pourrait permettre aux ordinateurs quantiques d’être performants à température ambiante à l’avenir.
Empêcher la surchauffe des ordinateurs quantiques
Les ordinateurs classiques ralentissent lorsqu’ils se réchauffent, et les ordinateurs quantiques peuvent même cesser de fonctionner s’ils deviennent trop chauds. Alors que les ordinateurs classiques sont généralement refroidis par des ventilateurs, les ordinateurs quantiques nécessitent généralement un refroidissement beaucoup plus important que ce que les ventilateurs peuvent fournir
Eric Lutz et ses collègues de l’université de Stuttgart, en Allemagne, ont construit un petit ordinateur quantique à base de diamant, qui peut se refroidir de lui-même en effectuant une séquence d’opérations mathématiques.
Leur ordinateur se compose de trois qubits, ou bits quantiques, dans un diamant auquel il manque deux atomes de carbone. Ils ont remplacé l’un de ces atomes par un atome d’azote et laissé un espace vide, appelé vacance, à la place de l’autre. Pour manipuler chaque qubit, les chercheurs les ont soumis à des micro-ondes. Ils ont ainsi modifié le spin du noyau de l’atome d’azote ou des noyaux de deux atomes de carbone proches de la vacance.
Ces manipulations agissent comme des portes logiques, les éléments de base des calculs effectués par l’ordinateur, et modifient l’état quantique d’un qubit. Chaque état quantique possède une quantité spécifique d’énergie, de sorte qu’une séquence de portes peut être utilisée pour modifier l’énergie de l’ordinateur et le refroidir.
Un refroidissement algorithmique très efficace
Les chercheurs ont constaté que leur refroidissement algorithmique était extrêmement proche de la limite théorique de l’efficacité maximale du refroidissement. « Nous avons testé et évalué les performances d’un algorithme, mais selon les normes de performance d’un réfrigérateur », explique Rodolfo Soldati, membre de l’équipe. En d’autres termes, au lieu d’évaluer la capacité de l’algorithme à traiter l’information, nous l’avons noté en fonction de sa capacité à réduire l’énergie de l’ordinateur.
Selon Luis Correa, de l’université d’Exeter au Royaume-Uni, il est important que les chercheurs aient développé un modèle théorique pour leur ordinateur en plus de leur expérience réussie, car même des idées apparemment simples comme la définition de la température peuvent changer au niveau quantique.
Durga Dasari, membre de l’équipe, explique que pour de nombreuses conceptions d’ordinateurs quantiques, comme celles qui impliquent des circuits supraconducteurs, la machine entière doit être conservée dans un réfrigérateur dès le départ. Par conséquent, commencer avec des qubits à température ambiante et les refroidir en modifiant un algorithme est un avantage pratique des ordinateurs quantiques à base de diamant, dit-il.
Agrandir cet ordinateur pour des calculs plus complexes
Ce type d’ordinateur quantique peut exécuter bon nombre des mêmes calculs que les machines quantiques d’autres conceptions. La prochaine étape des chercheurs consistera donc à essayer d’agrandir leur ordinateur refroidi par un algorithme et de l’utiliser pour des calculs plus complexes.
Cette recherche a été pré-publiée dans arXiv
Source : New Scientist
Crédit photo : Shutterstock