Une grande structure dorée en forme de lustre, munie de centaines de câbles. Voilà comment la plupart d’entre nous se représentent un ordinateur quantique. Non sans raison : ce sont des images popularisées par IBM ou Google qui travaillent avec des qubits supraconducteurs depuis déjà plusieurs années. En réalité, cette imposante structure n’est pas l’ordinateur quantique à proprement parler, mais l’infrastructure indispensable à son fonctionnement.

Les qubits supraconducteurs fonctionnent à des températures extrêmement basses, proche du zéro absolu. Les parties dorées du « lustre » délimitent des étages séparés par des plaques thermiques qui absorbent et évacuent la chaleur. Chaque étage correspond à un palier de température : plus on descend, plus le système est froid pour se rapprocher de quelques millikelvins au niveau du processeur.

Des câbles volumineux mais nécessaires

Les câbles, eux, permettent de transporter les impulsions micro-ondes qui servent à changer l’état d’un qubit, effectuer des opérations d’informatique quantique et en mesurer le résultat.

Mais alors pourquoi un ordinateur quantique nécessite autant de câbles, alors que l’électronique classique est capable de produire des puces avec des gravures de quelques nanomètres ? Tout simplement à cause de la température. Les composants électroniques classiques génèrent une quantité importante de chaleur : atteindre les températures extrêmes nécessaires au fonctionnement des qubits supraconducteurs serait alors impossible.

Les qubits supraconducteurs fonctionnent à quelques millikelvins. En comparaison, la température la plus froide jamais enregistrée sur Terre est 194 K ! © Goinyk, Adobe Stock

Le processeur en lui-même n’est pas visible sur la plupart des photos car il se situe tout en bas, dans une boîte blindée pour bloquer les champs électromagnétiques qui viendraient perturber les qubits. Dans cette boîte, le processeur ressemble à un circuit intégré classique où chaque qubit est constitué de deux électrodes reliées par une jonction Josephson.

D’autres qubits donnent d’autres structures

Pour d’autres types de qubits, comme les ions piégés ou les atomes neutres, l’architecture est très différente et ce sont surtout les dispositifs optiques qui dominent visuellement : des tables couvertes de miroirs, de lentilles, de fibres optiques et de lasers. Toutefois, à mesure que ces technologies gagnent en maturité, certaines plateformes à ions piégés ou à atomes neutres cherchent à miniaturiser ces systèmes en intégrant une partie de l’optique directement sur des puces, via des circuits optiques intégrés.

Au final, les processeurs quantiques ne sont pas réellement impressionnants visuellement. La prouesse réside dans la technologie qu’ils contiennent et dans les possibilités qu’ils ouvrent.