Les ordinateurs quantiques sont encore beaucoup des objets expérimentaux et plusieurs barrières technologies doivent être levées avant de pouvoir en faire des outils pratiques.
Parmi les problématiques à résoudre, il y a celle de la stabilité des qubits dont dépend la fiabilité du résultat final, et la capacité à augmenter le nombre de qubits rassemblés dans des processeurs pour gagner en puissance de traitement.
Ces deux aspects doivent permettre d'atteindre à terme la suprématie quantique, c'est à dire ce moment où un ordinateur quantique saura résoudre un problème dans un temps court qui demanderait un temps de calcul quasi-infini à l'informatique traditionnelle.
Les qubits topologiques grâce aux Majoranas
Plusieurs approches dans la conception et le fonctionnement de qubits sont testées expérimentalement. La voie choisie par Microsoft est celle des qubits topologiques qui ont en principe l'avantage d'être plus stables que les qubits conventionnels extrêmement sensibles aux perturbations de leur environnement.
Ils exploitent l'utilisation de fermions de Majorana se formant dans un état spécial de la matière, dit topologique. Il fallait encore trouver le matériau capable de faire émerger ces fermions et de les utiliser comme qubits.
La firme de Redmond présente ainsi un processeur quantique Majorana 1 (vous aurez compris d'où vient son nom), un QPU (Quantum Processing Unit) utilisant un coeur topologique "conçu pour accueillir jusqu'à un million de qubits sur une seule puce".
Stabilité des qubits et quantité, Microsoft aurait donc trouvé le Graal des puces quantiques. Cette première étape ouvre la voie à la construction d'un premier FTP (Fault Tolerant Prototype) d'ordinateur quantique d'ici quelques années.
L'innovation repose sur la création d'un premier matériau topoconducteur permettant de créer une "supraconductivité topologique, un nouvel état de la matière qui, jusqu'ici, n'existait qu'en théorie".
Microsoft explique avoir créé des MZM (Majorana Zero Modes), des nanofils supraconducteurs topologiques, à partir d'arséniure d'indium et d'aluminium refroidis à une température proche du zéro absolu.
Une particule exotique peut-elle être l'avenir du quantique ?
La firme indique être désormais en mesure de créer et contrôler des qubits topologiques à partir des MZM et d'en assurer la lecture de façon fiable. Pour cela, le processus de correction des erreurs quantiques est simplifié par rapport aux techniques classiques via un contrôle numérique plus facile à mettre en oeuvre pour le contrôle d'un grand nombre de qubits.
S'il s'agit ici de premières démonstrations avec 8 qubits topologiques, le processeur Majorana 1 ouvre la voie à des systèmes d'un million de ces qubits et Microsoft, par la voix de son CEO Satya Nadella, estime que cette étape pourra être atteinte d'ici quelques années plutôt que quelques décennies.
L'approche est prometteuse mais il reste maintenant à démontrer que les qubits topologiques sont réellement une voie d'avenir pour l'informatique quantique. Certains scientifiques restent dubitatifs sur la capacité d'utiliser des particules exotiques comme les fermions de Majorana qui n'existent pas naturellement dans la nature et d'une technique de détection qui pourrait déceler une différence d'un électron sur un milliard traversant les nanofils superconducteurs.
