chat de Schrödinger mécanique quantique
Une illustration artistique du chat de Schrödinger. Crédits : Sciencepost, généré par Grok

Des ingénieurs quantiques créent un chat de Schrödinger à l’intérieur d’une puce de silicium

Souvent perçue comme un domaine abstrus réservé à une élite scientifique, la mécanique quantique trouve parfois des illustrations fascinantes et accessibles. C’est le cas de la récente avancée réalisée par des chercheurs de l’UNSW à Sydney qui ont exploré l’une des expériences de pensée les plus célèbres : le chat de Schrödinger. En utilisant un atome d’antimoine, cette équipe a développé une approche prometteuse pour renforcer les calculs quantiques et corriger les erreurs, un pas de plus vers un ordinateur quantique fonctionnel. Voici comment.

Le chat de Schrödinger : une expérience de pensée incontournable

Imaginé en 1935 par le physicien autrichien Erwin Schrödinger, le chat de Schrödinger est devenu une métaphore emblématique de la superposition quantique. Dans cette expérience de pensée, un chat enfermé dans une boîte est à la fois vivant et mort tant qu’on n’observe pas directement l’état d’un atome radioactif qui détermine son sort. Ce paradoxe illustre la nature contre-intuitive de la mécanique quantique où une particule peut exister dans plusieurs états simultanément.

Ce principe de superposition est au cœur des ordinateurs quantiques. Ces machines utilisent des qubits, des unités d’information quantique qui peuvent représenter simultanément les états 0 et 1. Cela permet une puissance de calcul bien supérieure aux ordinateurs classiques. Cependant, les qubits présentent un problème majeur : leur fragilité. Une perturbation, même minime, peut transformer un 0 en 1 ou inversement, ce qui rend les calculs erronés. La correction d’erreurs quantiques reste donc l’un des plus grands défis à surmonter pour rendre ces ordinateurs véritablement fonctionnels.

L’atome d’antimoine : un chat quantique moderne

Pour relever ce défi, les chercheurs de l’UNSW ont exploré un système plus complexe que les qubits classiques : un atome d’antimoine qui présente huit directions de spin possibles. Contrairement à un qubit standard ayant seulement deux états (haut et bas), l’antimoine offre un espace élargi pour coder des informations.

Cette configuration unique permet de créer une superposition à grande échelle où le 0 est associé à un chat mort et le 1 à un chat vivant. Si une erreur survient, elle ne suffit pas à inverser directement l’état, car sept autres directions de spin séparent ces deux extrêmes. Comme le résume le professeur Andrea Morello, « Un chat a neuf vies : une simple égratignure ne le tue pas. Notre « chat quantique » a sept vies, ce qui le rend bien plus solide qu’un qubit standard. »

Les chercheurs ont réussi à intégrer cet atome d’antimoine dans une puce de silicium, similaire à celles utilisées dans les ordinateurs actuels. Cette avancée permet d’envisager une production à grande échelle en tirant parti des procédés de fabrication déjà maîtrisés pour les semi-conducteurs traditionnels.

chat de Schrödinger
Crédits : Yiwen Chu/ETH Zurich

Les implications pour l’informatique quantique

L’avancée de l’UNSW a des implications profondes pour l’informatique quantique. En rendant les systèmes quantiques plus résilients aux erreurs, elle rapproche les chercheurs de la réalisation d’ordinateurs quantiques fiables. Ces machines auraient des applications révolutionnaires dans des domaines comme la cryptographie, la conception de matériaux ou encore la simulation de systèmes biologiques complexes.

Une des clés de cette réussite est la capacité à détecter et corriger les erreurs avant qu’elles ne s’accumulent. Selon le professeur Morello, « Si une erreur survient, nous la détectons immédiatement et pouvons la corriger. Cela garantit que l’information reste intacte malgré les perturbations. »

Cette robustesse supplémentaire ouvre également des perspectives pour des architectures plus complexes. En hébergeant des états quantiques dans des systèmes comme l’antimoine, il devient possible d’envisager des systèmes hybrides combinant la puissance des qubits standards avec la résilience accrue des états macroscopiques comme ceux d’un chat quantique.

Enfin, cette recherche illustre l’importance de la collaboration internationale. L’équipe de l’UNSW a travaillé avec des partenaires aux États-Unis, au Canada et en Australie pour concevoir, fabriquer et analyser les dispositifs. Cette synergie montre que les défis globaux de l’informatique quantique nécessitent des efforts collectifs.

Brice Louvet

Rédigé par Brice Louvet

Brice est un journaliste passionné de sciences. Ses domaines favoris : l'espace et la paléontologie. Il collabore avec Sciencepost depuis près d'une décennie, partageant avec vous les nouvelles découvertes et les dossiers les plus intéressants.