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Les ordinateurs quantiques peuvent être détruits par des particules à haute énergie de l’espace

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À l’intérieur d’un ordinateur quantique chez IBM

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Le rayonnement de l’espace pourrait être un gros problème pour les ordinateurs quantiques, car les rayons cosmiques peuvent perturber leur fragile fonctionnement interne et limiter les types de calculs qu’ils peuvent un jour effectuer.

Les ordinateurs quantiques sont constitués de bits quantiques, ou qubits, qui sont utilisés pour stocker et manipuler des informations quantiques. Lors de la conception des qubits, l’un des facteurs les plus importants est le temps de cohérence, qui est la durée pendant laquelle un qubit peut rester dans un état particulier.

«Plus vous disposez de temps, plus vous pouvez faire de calculs, plus les calculs sont complexes et plus ces calculs sont fiables», déclare Brent VanDevender du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) dans l’État de Washington. «Même quelques millisecondes ne sont pas vraiment assez longues pour faire du calcul quantique à usage général.»

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Lui et ses collègues ont utilisé deux qubits pour tester la quantité de rayonnement dans l’environnement affectant le temps de cohérence d’un type de qubit basé sur des supraconducteurs. Les supraconducteurs utilisent des paires d’électrons pour transporter la charge, mais des expériences précédentes ont montré que ces paires sont séparées beaucoup plus souvent que prévu, ce qui réduit le temps de cohérence.

Les chercheurs ont découvert que le rayonnement de fond, à la fois des événements de désintégration nucléaire qui se produisent naturellement dans toutes sortes de matériaux et des rayons cosmiques qui pénètrent tout, peut expliquer toutes ces paires d’électrons cassées supplémentaires.

Ce rayonnement n’est pas encore un problème pour les ordinateurs quantiques, car il existe d’autres sources de bruit qui sont plus répandues, disent-ils, mais à mesure que les ordinateurs quantiques s’améliorent au cours de la prochaine décennie, cela pourrait être un facteur limitant. Une partie du rayonnement peut être stoppée en utilisant un bouclier en plomb ou en béton autour de l’ordinateur ou en le plaçant sous terre comme le font les physiciens avec d’autres expériences sensibles aux rayons cosmiques.

Cependant, si l’informatique quantique doit se généraliser, l’idée de mettre tous les ordinateurs sous terre «commence à devenir ridicule et devient un argument pour d’autres types de qubits», dit VanDevender. Au lieu de cela, lui et ses collègues travaillent à faire des qubits qui peuvent tolérer quelques paires d’électrons brisées sans perdre leur cohérence.

Cela pourrait avoir un avantage surprenant pour d’autres expériences de physique, qui ont des détecteurs qui recherchent le rayonnement causé par des particules de matière noire ou des neutrinos. Celles-ci nécessitent souvent une sensibilité élevée aux paires d’électrons cassées. «Si vous pouvez concevoir un qubit moins sensible à ces paires brisées, vous pouvez presque certainement concevoir un détecteur physique plus sensible», explique Ben Loer, également chez PNNL, qui a travaillé sur l’étude.

Référence du journal: La nature, DOI: 10.1038 / s41586-020-2619-8

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