Éléments clés comme les qubits et les supraconducteurs utilisés dans la construction d'ordinateurs quantiques.Les composants de l'informatique quantique sont les éléments physiques et logiques qui permettent à un ordinateur quantique de fonctionner : les qubits (l'équivalent quantique des bits), l'électronique de contrôle, les interconnexions et les schémas de correction d'erreurs. Ces composants doivent préserver la cohérence quantique—les états fragiles de superposition et d'intrication—assez longtemps pour effectuer des calculs. Ils vont des circuits supraconducteurs et des ions piégés aux systèmes photoniques et aux qubits topologiques, chacun avec ses compromis en termes de vitesse, de fidélité et d'extensibilité.
Le concept de l'informatique quantique a été introduit par Richard Feynman en 1982 et David Deutsch en 1985. Les premiers qubits fonctionnels ont été démontrés à la fin des années 1990, avec l'émergence des qubits supraconducteurs au début des années 2000. Le domaine a depuis évolué rapidement, avec des entreprises comme IBM et Google construisant des processeurs de plus de 100 qubits.
Un qubit est un système quantique à deux niveaux qui peut exister dans une superposition de 0 et de 1. Dans les ordinateurs quantiques supraconducteurs, les qubits sont de minuscules circuits électriques faits de matériaux comme l'aluminium ou le tantale, qui deviennent quantiques à des températures de l'ordre du millikelvin. Les signaux de contrôle, généralement des impulsions micro-ondes, manipulent les états des qubits, tandis que les dispositifs de lecture mesurent l'état final. Les qubits à ions piégés utilisent des ions individuels maintenus dans des pièges électromagnétiques, avec des impulsions laser ou micro-ondes pour les opérations. Le défi est de minimiser la décohérence due au bruit environnemental, c'est pourquoi les composants sont souvent blindés et refroidis à des températures extrêmes.
Les composants de l'informatique quantique sont utilisés dans les processeurs quantiques expérimentaux pour résoudre des problèmes en chimie, en optimisation et en apprentissage automatique, et ils sont développés pour de futures applications en cryptographie et en conception de matériaux.
Les qubits supraconducteurs doivent être refroidis à des températures plus froides que l'espace extra-atmosphérique—environ 15 millikelvins—pour fonctionner, ce qui est réalisé à l'aide de réfrigérateurs à dilution qui utilisent un mélange d'hélium-3 et d'hélium-4.
