Pourquoi les gatmons ne rattrapent pas les qubits ordinaires express
Deux voitures identiques sortent de la même chaîne de montage. Carrosserie, roues, volant : tout est identique. Seule différence : l'une est équipée d'un moteur à essence classique, l'autre d'un moteur hybride que l'on peut ajuster en fonction de la route. Et voilà que l'hybride cale au bout de deux kilomètres, tandis que l'essence roule des dizaines de kilomètres. C'est à peu près ce qui se passe avec deux types de qubits supraconducteurs, les briques de base de l'ordinateur quantique.
Dans cette nouvelle étude, les physiciens ont fabriqué sur une même puce deux sortes de qubits : des qubits ordinaires, avec une jonction tunnel entre supraconducteurs, et des gatmons, avec une jonction dans laquelle est intégré un morceau de semi-conducteur. Tout le reste — le câblage, les diélectriques, les lignes de contrôle — était identique. La différence ne tient qu'au cœur du qubit : la jonction Josephson, qui détermine ses propriétés quantiques. Et voici le résultat : les qubits ordinaires vivent des dizaines de microsecondes, tandis que les gatmons n'en vivent que quelques-unes. Et cet écart ne s'explique pas par des pertes par rayonnement ou des fuites dans le circuit — tous ces canaux ont été calculés et soustraits. Reste la jonction elle-même.
Les mesures à différentes températures ont montré que dans les deux types de jonctions, les quasi-particules — des excitations qui détruisent l'information quantique — se comportent de la même manière. Donc ce n'est pas elles. La différence vient d'autre chose, qui ne dépend pas de la température et qui se niche au plus profond de la jonction. Peut-être des défauts dans le matériau, ou des processus incontrôlés à l'interface entre le supraconducteur et le semi-conducteur. C'est comme si le moteur hybride avait une fissure invisible, qui n'apparaît pas sur le plan mais qui aspire constamment de la puissance.
Tant que les gatmons ne rattraperont pas les qubits ordinaires en termes de durée de vie, les ordinateurs quantiques qui les utilisent perdront en fiabilité. Mais au moins, on sait maintenant où regarder : non pas vers les perturbations extérieures, mais à l'intérieur de la jonction elle-même. Peut-être que les ingénieurs trouveront un moyen de colmater cette fissure — et alors les qubits flexibles deviendront non seulement pratiques, mais aussi durables.
Une jonction Josephson est constituée de deux supraconducteurs séparés par une fine couche d'isolant ou de semi-conducteur. À travers cette barrière, des paires de Cooper tunnelent — des paires d'électrons liées qui créent la supraconductivité. L'épaisseur de la barrière n'est que de quelques nanomètres, soit des milliers de fois plus fine qu'un cheveu humain.
Dans la série « Devs », l'ordinateur quantique est construit à partir de qubits supraconducteurs, et les personnages se battent pour chaque pourcentage de précision de leur fonctionnement — à peu près comme les physiciens se battent aujourd'hui pour des microsecondes de durée de vie des gatmons.