Une limitation fondamentale pour les ordinateurs quantiques

Les ordinateurs quantiques qui stockeront des informations dans des bits "quantiques" (ou qubits) seront confrontés à une limitation fondamentale. C'est ce que soutiennent des physiciens théoriques néerlandais du FOM (Foundation for Fundamental Research on Matter) et de l'Université de Leyde dans un article récemment publié dans la revue Physical Review Letters.


Un ordinateur quantique ne peut fonctionner que si l'information existe suffisamment longtemps pour être traitée. La cohérence du qubit garantit que l'information quantique demeure intacte. Mais les chercheurs ont découvert que cette cohérence disparaît spontanément avec le temps et avec elle l'information stockée. Ceci pourrait poser un problème considérable pour le développement d'un ordinateur quantique.

Un ordinateur quantique se sert du fait qu'un système mécanique quantique, c'est-à-dire un électron, un atome ou même un plus grand système à base de supraconducteurs, peut simultanément exister dans deux états. Normalement, un des deux états disparaît dès que le système entre en contact avec le monde extérieur. La cohérence disparaît alors en raison du processus de "décohérence" et l'information du qubit est perdue.

Un bit quantique typique se compose d'un grand nombre de particules et il existe donc inévitablement pour ce qubit un grand nombre de possibilités d'être influencé par son environnement et d'être soumise ainsi à la décohérence. Jasper van Wezel, Jeroen van den Brink et Janv. Zaanen, de l'Institut Lorentz de l'Université de Leyde ont étudié la possibilité de maintenir la cohérence d'un qubit isolé.

A leur grande surprise, ils ont découvert que cette cohérence tend à disparaître spontanément, même sans influence externe. Le processus de dégradation est lié à l'occurrence de la brisure de symétrie spontanée en mécanique quantique. En physique classique un exemple analogue de ce processus est la cristallisation spontanée dans une solution dans laquelle un cristal peut spontanément apparaître, ce qui brise la structure du fluide.

Selon les prévisions des chercheurs, la cohérence pour certains concepts fortement prometteurs dans l'étude des qubits disparaîtra après environ une seconde. En outre, le processus se produira d'autant plus rapidement que les qubits seront petits. Tout cela semble bien poser une limitation fondamentale pour le développement des qubits. La recherche expérimentale devra maintenant démontrer si ce phénomène se produit réellement.