The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Traducteur: Viviane Lestic Relecteur: eric vautier

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

Le contenu de ce cylindre de métal pourrait soit révolutionner la technologie

or be completely useless—

soit être totalement inutile—

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

cela dépend de notre capacité à maîtriser les étranges propriétés de la matière

at very, very small scales.

à de très, très petites échelles.

To have even a chance of doing so,

Pour avoir une chance d'y parvenir,

we have to control the environment precisely:

nous devons contrôler précisément l'environnement :

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

le dessus de table épais et les pieds protègent des vibrations des pas,

nearby elevators, and opening or closing doors.

des ascenseurs voisins, et des ouvertures ou fermetures de portes.

The cylinder is a vacuum chamber,

Le cylindre est une chambre à vide,

devoid of all the gases in air.

dénuée de tout gaz.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

Dans la chambre à vide se trouve un compartiment plus petit,

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

extrêmement froid, atteignable par de petits faisceaux laser.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

A l'intérieur, des particules ultra sensibles forment un ordinateur quantique.

So what makes these particles worth the effort?

Qu'est-ce que ces particules ont qui vaille tous ces efforts ?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

En théorie, les ordinateurs quantiques pourraient dépasser

les limites informatiques des ordinateurs classiques.

of classical computers.

Classical computers process data in the form of bits.

Les ordinateurs classiques traitent les données sous la forme de bits.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Chaque bit peut basculer entre deux états nommés zéro et un.

A quantum computer uses something called a qubit,

Un ordinateur quantique utilise quelque chose appelé un qubit,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

qui peut basculer entre zéro, un, et ce qu'on appelle une superposition.

While the qubit is in its superposition,

Lorsque le qubit est en superposition,

it has a lot more information than one or zero.

il contient bien plus d'information que un ou zéro.

You can think of these positions as points on a sphere:

Représentez-vous ces positions comme des points sur une sphère :

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

les pôles nord et sud de la sphère représentent un et zéro.

A bit can only switch between these two poles,

Un bit peut seulement basculer entre chacun de ces pôles,

but when a qubit is in its superposition,

mais quand un qubit est en superposition,

it can be at any point on the sphere.

il peut être en tout point de la sphère.

We can’t locate it exactly—

On ne peut le localiser précisément—

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

dès qu'on le lit, le qubit se transforme en zéro ou en un.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Bien qu'on ne puisse pas observer le qubit en superposition,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

on peut le manipuler dans cet état pour effectuer des opérations.

So as a problem grows more complicated,

Lorsqu'un problème devient de plus en plus compliqué,

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

un ordinateur classique aura besoin d'autant plus de bits pour le résoudre,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

alors qu'un ordinateur quantique pourra théoriquement gérer

more and more complicated problems

des problèmes de plus en plus complexes

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

sans nécessiter autant de qubits de plus qu'un ordinateur classique de bits.

The unique properties of quantum computers

Les propriétés uniques des ordinateurs quantiques

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

viennent du comportement de particules atomiques et subatomiques.

These particles have quantum states,

Ces particules ont des états quantiques,

which correspond to the state of the qubit.

qui correspondent à l'état du qubit.

Quantum states are incredibly fragile,

Les états quantiques sont incroyablement fragiles,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

facilement détruits par les fluctuations de température et de pression,

stray electromagnetic fields,

les champs magnétiques qui trainent,

and collisions with nearby particles.

et les collisions avec des particules voisines.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

C'est pourquoi les ordinateurs quantiques ont besoin d'une configuration élaborée.

It’s also why, for now,

C'est aussi pourquoi, pour l'instant,

the power of quantum computers remains largely theoretical.

la puissance des ordinateurs quantiques reste largement théorique.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Pour l'instant, nous pouvons contrôler

seulement quelques qubits au même endroit et au même moment.

There are two key components involved

Il y a deux composants clé impliqués

in managing these fickle quantum states effectively:

dans la gestion efficace de ces états quantiques changeants :

the types of particles a quantum computer uses,

les types de particules qu'un ordinateur quantique utilise,

and how it manipulates those particles.

et comment il manipule ces particules.

For now, there are two leading approaches:

Pour l'instant, il existe deux approches majeures :

trapped ions and superconducting qubits.

les ions piégés et les qubits supraconducteurs.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Un ordinateur quantique à ions piégés utilise des ions comme particules

and manipulates them with lasers.

et les manipule avec des lasers.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Les ions sont logés dans un piège fait de champs électriques.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Les entrées laser indiquent aux ions quelle opération faire

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

en causant la rotation de l'état du qubit sur la sphère.

To use a simplified example,

Pour donner un exemple simplifié,

the lasers could input the question:

les lasers pourraient poser la question :

what are the prime factors of 15?

quels sont les facteurs premiers de 15 ?

In response, the ions may release photons—

En réponse, les ions pourraient libérer des photons—

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

l'état du qubit détermine si l'ion émet des photons

and how many photons it emits.

et combien de photons il émet.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Un système d'imagerie collecte ces photons et les analyse pour connaître la réponse :

3 and 5.

3 et 5.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

Les ordinateurs quantiques à qubit supraconducteur le font différemment :

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

ils utilisent une puce à circuits électriques au lieu d'un piège à ion.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Les états de chaque circuit électrique se traduisent en état du qubit.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Ils peuvent être manipulés par des entrées électriques sous forme de micro-ondes.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Les qubits viennent donc soit d'ions soit de circuits électriques,

acted on by either lasers or microwaves.

sur lesquels on agit avec des lasers ou des micro-ondes.

Each approach has advantages and disadvantages.

Chaque approche a des avantages et des inconvénients.

Ions can be manipulated very precisely,

Les ions peuvent être manipulés avec une grande précision,

and they last a long time,

et ils ont une grande durée de vie,

but as more ions are added to a trap,

mais plus on ajoute d'ions dans le piège,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

plus il devient difficile de contrôler chacun avec précision.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

Nous ne savons pas piéger suffisamment d'ions pour faire des calculs avancés,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

mais une solution pourrait être de connecter plusieurs pièges plus petits

that communicate with each other via photons

communiquant les uns avec les autres grâce à des photons

rather than trying to create one big trap.

plutôt que d'essayer de faire un seul gros piège.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

Les circuits supraconducteurs font des calculs

plus rapidement que les ions piégés,

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

et il est plus facile d'augmenter le nombre de circuits dans un ordinateur

than the number of ions.

que le nombre d'ions.

But the circuits are also more fragile,

Mais les circuits sont plus fragiles,

and have a shorter overall lifespan.

et ont une durée de vie plus courte.

And as quantum computers advance,

Même si les ordinateurs quantiques vont progresser,

they will still be subject to the environmental constraints

ils seront toujours soumis aux contraintes environnementales

needed to preserve quantum states.

de la préservation des états quantiques.

But in spite of all these obstacles,

Mais malgré tous ces obstacles,

we’ve already succeeded at making computations

nous avons déjà réussi à faire des calculs

in a realm we can’t enter or even observe.

dans un royaume que nous ne pouvons ni pénétrer ni observer.