Correction d'erreurs dans le monde quantique

"C'est ici, tout en bas de cette boîte blanche, que se trouvent les circuits", explique Sebastian Krinner avec une fierté évidente, après avoir guidé le visiteur à travers la grande pièce encombrée d'appareils high-tech. Le physicien a installé son expérience au fond du laboratoire du Quantum Device Lab - et c'est là qu'il passera probablement encore de nombreuses heures de travail dans les années à venir. En effet, Krinner est le premier à recevoir cette année le prix Lopez-Loreta, très bien doté, qui lui permettra de poursuivre son projet à l'ETH Zurich dans les années à venir.

États quantiques sensibles

Krinner poursuit un projet ambitieux : En tant que maître-assistant dans le groupe de recherche d'Andreas Wallraff, il veut faire avancer le développement des ordinateurs quantiques d'un pas décisif. "Lorsqu'on parle d'ordinateurs quantiques, on parle généralement de contrôler le plus grand nombre de qubits possible", explique-t-il. "Mais on oublie souvent que les qubits, en tant que sponsors de l'information quantique, ne fonctionnent pas sans erreur". En fait, les fragiles états quantiques peuvent facilement être perturbés, de sorte que des imprécisions et des informations erronées se glissent dans les calculs.

Comment donc parvenir à maintenir le taux d'erreur aussi bas que possible ? Krinner veut montrer que cela est possible à l'aide de ce que l'on appelle des qubits logiques. Dans le cas d'un qubit logique, plusieurs qubits sont interconnectés de telle sorte qu'ils fonctionnent comme un seul qubit, mais de manière plus stable et donc moins sujette aux erreurs.

Dispositif expérimental complexe

En théorie, cela semble plus simple que cela ne l'est en réalité. D'une part, les qubits individuels doivent déjà avoir une fiabilité élevée avant d'être reliés entre eux. S'ils ont un taux d'erreur supérieur à un pour cent, les relier en qubits logiques est même contre-productif - le taux d'erreur augmenterait alors au lieu de diminuer. D'autre part, les qubits doivent être reliés dans un espace très restreint. La commande des éléments plats de la mécanique quantique devient alors beaucoup plus exigeante.

En ce moment, Krinner est en train de relier quelques qubits en qubits logiques et de vérifier expérimentalement leur comportement. Dans le récipient blanc, pièce maîtresse de son installation expérimentale, les qubits sont refroidis à des températures inimaginables de quelques millikelvins, c'est-à-dire presque au zéro absolu. Accrochés à une construction à l'allure futuriste et commandés par de nombreux câbles coaxiaux fins, les qubits sont ensuite interconnectés par la mécanique quantique dans la forme souhaitée.

Une vision claire

Le monde de la physique quantique fascine Krinner depuis le début de ses études de physique à Ratisbonne et à Paris. Et il a travaillé sur des systèmes très différents pendant son séjour à l'ETH. En tant que doctorant auprès de Tilman Esslinger, il s'est intéressé aux atomes ultrafroids en tant qu'objets de la mécanique quantique, qui sont capturés et refroidis dans des pièges laser. Chez Andreas Wallraff, il travaille désormais sur des circuits supraconducteurs qu'il peut présenter sur son bureau à des fins de démonstration. "Il y a beaucoup de choses qui se mélangent dans ce travail", explique Krinner. "Du travail théorique à la planification et à la réalisation des expériences, en passant par la mise en place du dispositif expérimental complexe et la fabrication des circuits de mécanique quantique dans la salle blanche, l'éventail des tâches que le chercheur doit maîtriser est en effet très large.

Dans ce contexte, Krinner a une vision claire : si le développement des qubits logiques se déroule comme prévu, il aimerait les réunir dans la deuxième partie du projet pour créer un ordinateur quantique encore plus performant. "Les ordinateurs quantiques ont un grand potentiel technique, car ils sont capables de résoudre des tâches de calcul complexes et coûteuses de manière beaucoup plus efficace que les ordinateurs traditionnels", explique Krinner pour expliquer sa fascination pour son domaine de recherche. "Et ils sont en même temps très inspirants d'un point de vue scientifique, car le développement de ces machines nous donne de nombreuses nouvelles idées sur la manière dont la physique fonctionne dans ces domaines". Mais avant que Krinner puisse réaliser ses visions, il faudra encore un travail de fond. Toujours est-il que le prix Lopez-Loreta lui donne désormais la possibilité d'engager deux doctorants qui donneront un élan supplémentaire à son projet.