Un qubit à l'hélium surfluide pourrait diviser les taux d'erreur par 100, selon l'Université de Surrey

L'appareil proposé est appelé Superfluid Helium Oscillator Quantum, ou SHOQ. Selon ScienceDaily, qui a rapporté le travail de l'Université de Surrey le 1er octobre, le design utilise de l'hélium-3 surfluide neutre en charge pour protéger l'information quantique du bruit électromagnétique. C'est le premier design rapporté pour un qubit basé sur un surfluide.

Cette affirmation compte parce que les ordinateurs quantiques sont fragiles d'une manière ennuyeuse et coûteuse. Les qubits supraconducteurs, le matériel dominant aujourd'hui, sont très sensibles au bruit électromagnétique et aux charges électriques parasites, la même catégorie de perturbation qui fait coller les cheveux à un ballon. De petites perturbations peuvent brouiller l'information stockée, et le problème s'aggrave à mesure que le nombre de qubits augmente.

Le groupe de Sharma ne revendique pas un appareil fonctionnel. Il revendique un design avec des spécifications.

« Les mathématiques nous disent que ça devrait marcher. Nous avons pris ce que nous savons déjà sur l'hélium surfluide et les technologies quantiques et nous en avons fait un design éclairé, avec les paramètres et spécifications nécessaires pour en construire un. La prochaine étape est de faire un prototype et de mettre ces prédictions à l'épreuve », a déclaré le Dr Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow in Hybrid Quantum Systems à Surrey et auteure principale de l'étude.

La proposition arrive alors que les gouvernements, universités et entreprises poussent le matériel quantique dans plusieurs directions à la fois. Le 27 septembre, le département américain de l'Énergie a publié un rapport intitulé « SCAC Quantum Committee Report: Path to an Integrated Quantum Future », selon Fermilab. La feuille de route, présidée par Anna Grassellino, chief technology officer de Fermilab, avec Supratik Guha, professeur à l'Université de Chicago, comme vice-président, définit un chemin en trois phases : Quantum Grand Challenges de 2026 à 2028, puis une DOE Quantum Computing User Facility, puis l'intégration de co-processeurs et de capteurs quantiques dans les réseaux de calcul haute performance et d'IA du DOE à partir de 2030.

L'objectif principal du rapport est un ordinateur quantique corrigé des erreurs et scientifiquement pertinent d'ici 2028. Il indique explicitement que le succès doit être mesuré par l'utilité scientifique plutôt que par des jalons matériels, et que la facility du DOE ne doit pas être un service cloud commercial « boîte noire ».

Opérations universelles et un problème de mesure vieux de 25 ans

Deux autres résultats récents montrent à quel point les chemins vers un calcul quantique utile se sont diversifiés. Le 25 septembre, ScienceDaily a rapporté que des chercheurs de l'Université de Chicago (Pritzker School of Molecular Engineering), Harvard, Stony Brook University et Quantinuum ont démontré un jeu de portes universelles en utilisant des anyons non-Abéliens sur le processeur à ions piégés H2 de Quantinuum avec 54 qubits intriqués. Le travail, publié dans Nature, combinait des opérations de tressage et de fusion.

Henrik Dreyer de Quantinuum a décrit les codes non-Abéliens comme « un cheval noir dans la course à la correction d'erreurs quantiques » et a déclaré que le résultat montre que le calcul tolérant aux défauts peut en principe être fait sans distillation ni culture d'états magiques, qu'il a appelées les opérations les plus coûteuses de la correction d'erreurs standard. L'expérimentation plus ancienne de 2024 sur le même matériel créait des anyons liés au groupe de symétrie D4, mais le tressage seul ne suffisait pas pour un calcul universel. La nouvelle exécution a basculé sur le groupe de symétrie S3, les rotations et réflexions qui laissent un triangle équilatéral inchangé.

Séparément, des chercheurs de l'Université de Kyoto et de l'Université de Hiroshima ont rapporté le 29 septembre une méthode pour identifier les états W, une forme d'intrication multi-photon. Plus de 25 ans après que la mesure équivalente ait été proposée pour les états GHZ, l'équipe l'a démontrée pour des états W à trois photons, selon Shigeki Takeuchi, auteur correspondant. Le travail pourrait alimenter la téléportation quantique et le calcul quantique par mesure.

Aucun de ces résultats ne rend les autres redondants. L'appareil SHOQ de Surrey est un design, pas une mesure. Le résultat de Quantinuum est une démonstration expérimentale sur du matériel existant. Le travail de Kyoto est une technique de mesure pour des états photoniques. La feuille de route du DOE est un plan de financement et d'infrastructure.

Ce dont le design surfluide a encore besoin

L'équipe de Surrey indique que l'appareil SHOQ pourrait éventuellement fonctionner aux côtés du matériel supraconducteur plutôt que de le remplacer, ou agir comme mémoire quantique pendant que d'autres qubits calculent. Le co-auteur Dr Eran Ginossar, professeur associé au Département de physique et Advanced Technology Institute de Surrey, a déclaré que combiner différentes technologies quantiques pourrait permettre aux chercheurs d'utiliser les forces de chacune, et que l'hélium surfluide offre « un type fondamentalement différent de matériel quantique à explorer ».

L'appareil aurait besoin de températures extrêmement basses, mais les chercheurs notent que les conditions nécessaires ont déjà été atteintes dans des expériences précédentes sur l'hélium-3 surfluide. Le projet a été mené par Surrey avec le professeur Jens Koch à Northwestern University, qui a participé au développement du transmon, un design de qubit supraconducteur maintenant largement utilisé. Le travail de prototype de Sharma est soutenu par une IAA Commercialisation Fellowship.

Jusqu'à l'existence de ce prototype, le chiffre de 100 reste une prédiction d'un papier, pas un résultat mesuré. Il en va de même pour l'histoire d'intégration : un design qui peut en principe se situer à côté des qubits supraconducteurs n'est pas le même qu'un design qui le fait.