Les ondes sonores offrent une avancée majeure dans le stockage de l'information quantique

L’informatique quantique promet une vitesse sans précédent dans la résolution de problèmes complexes pour permettre des avancées dans les domaines de l’IA, de la finance, de la logistique, de la science des matériaux, de la découverte de médicaments et de la cryptographie.

Mais même si le potentiel de cette technologie est vaste, il n’est pas facile de le réaliser, car dans la pratique, il s’est avéré très difficile de faire fonctionner les ordinateurs quantiques et de les utiliser pour résoudre des problèmes du monde réel.

L'informatique quantique est encore une technologie expérimentale, avec des chercheurs de travail en surmontant les obstacles à effectuer simulations précises de phénomènes de niveau quantique. L’un des problèmes majeurs ici est le stockage des informations pour un long moment.

Ce C'est parce que même si les qubits supraconducteurs possèdent de grandes capacités pour traiter l'information quantique, ils ont des temps de cohérence plutôt limités.

La cohérence est la capacité d'un système quantique à maintenir la relation entre différents états dans une superposition. Cette propriété fondamentale permet aux qubits d'exister dans une combinaison linéaire d'états de base, permettant ainsi le parallélisme et l'interférence qui sont au cœur de l'informatique quantique. 

Essentielle pour effectuer des opérations quantiques, la cohérence est plutôt fragile et peut se perdre facilement même par de petites interactions avec l’environnement.

En l'absence de cohérence, le comportement quantique du qubit est perdu, ce qui rend les calculs quantiques inutiles. Parallèlement, la décohérence est le processus par lequel la cohérence est perdue et demeure un défi majeur pour la construction et l'exploitation des ordinateurs quantiques.

Désormais, les qubits supraconducteurs sont un moyen physique de réaliser des qubits, et ils reposent sur le maintien de la cohérence quantique pour fonctionner. Mais bien sûr, la décohérence reste leur plus grand défi.

Qubits supraconducteurs Ce sont de minuscules circuits constitués de matériaux spécifiques, qui exploitent des phénomènes quantiques comme la superposition et l'intrication pour effectuer des calculs. Les matériaux utilisés pour fabriquer un circuit sont refroidis à un niveau proche du zéro absolu afin de les rendre supraconducteurs, ce qui signifie qu'ils peuvent conduire l'électricité sans résistance.

Bien que ces qubits supraconducteurs soient remarquables pour les calculs rapides, ils ont du mal à stocker des informations pendant des périodes prolongées.

Une interface entre les photons et les phonons pourrait cependant permettre à l'information quantique de être stocké dans les oscillateurs mécaniques à longue durée de vie. Une équipe de Caltech a réalisé exactement cela : elle a introduit une plateforme qui s'appuie sur les forces électrostatiques dans des structures nanométriques pour obtenir un couplage fort entre un qubit et un oscillateur nanomécanique.

Le temps de décroissance de l'énergie (T1) est d'environ 25 ms, ce qui dépasse ceux réalisés dans les circuits supraconducteurs intégrés.

Pour explorer les racines de la décohérence et en réduire l'impact, l'équipe a eu recours à des opérations quantiques. L'utilisation de séquences de découplage dynamique à deux impulsions leur a permis d'obtenir un temps de cohérence (T2) plus long, de 1 ms, contre 64 μs auparavant.

Le conclusions de la une étude montre que dans les dispositifs supraconducteurs, oscillateurs mécaniques peuvent servir de mémoires quantiques, avec le défaillances à être utilisés en informatique quantique, en détection et en transduction.

Comment les ondes sonores stockent les états quantiques plus longtemps

Ordinateurs conventionnels comme Les ordinateurs portables et les téléphones stockent des informations sous forme de bits.

Les bits sont la plus petite unité d'information numérique, qui sont des éléments fondamentaux de la logique qui prennent une seule valeur binaire de zéro ou de un.

Les ordinateurs quantiques, quant à eux, peuvent avoir un état qui est à la fois zéro et un en même temps, ce que l'on appelle la superposition, et c'est ce qui se cache derrière la promesse de l'informatique quantique de résoudre des problèmes qui ne sont pas gérables pour nos ordinateurs classiques.

De nombreux ordinateurs quantiques existants sont basés sur les systèmes électroniques supraconducteurs, où les électrons circulent sans résistance à des températures extrêmement basses. Dans ces systèmes, lorsque la nature quantique des électrons traverse les résonateurs, ils créent des qubits supraconducteurs.

Ces qubits sont excellents pour effectuer les opérations logiques nécessaires au calcul. En revanche, ils ne sont pas vraiment efficaces pour stocker des informations, ce qui est représenté par des descripteurs mathématiques de systèmes quantiques spécifiques. 

Pour augmenter les temps de stockage des états quantiques, les ingénieurs ont cherché à construire des « mémoires quantiques » pour les qubits supraconducteurs.

Une équipe de scientifiques de Caltech a emprunté une voie hybride pour obtenir ces mémoires quantiques. 

Grâce à cette approche, l'information électrique a été efficacement convertie en son. Pour traduire l'information quantique en ondes sonores, ils ont utilisé un minuscule dispositif agissant comme un diapason miniature.

Ce a permis à la durée de vie des états quantiques de s'étendre jusqu'à trente fois plus que d'autres techniques, jetant les bases d'ordinateurs quantiques évolutifs et pratiques dotés de la capacité pour ne pas simplement calculer mais souviens-toi aussi.

Une fois que vous avez un état quantique, vous ne souhaitez peut-être pas l'utiliser immédiatement. Il vous faut un moyen d'y revenir lorsque vous souhaitez effectuer une opération logique. Pour cela, vous avez besoin d'une mémoire quantique.

– Mohammad Mirhosseini, professeur adjoint de génie électrique et de physique appliquée à Caltech

Soutenue par un financement de la National Science Foundation et du Bureau de la recherche scientifique de l'armée de l'air, l'étude a été mené par les étudiants diplômés de Caltech Alkim Bozkurt et Omid Golami et a été élaboré publié¹ dans la revue Nature Physics.

Il détaille la fabrication d'un qubit supraconducteur sur une puce, qui était alors connecté à un petit appareil appelé oscillateur mécanique.

Un oscillateur mécanique est un système qui présente un mouvement oscillatoire. Il est essentiellement un mini diapason, qui, dans le cas de cette étude, est constitué de plaques flexibles. Ces plaques sont vibrés en utilisant des ondes sonores à des fréquences gigahertz (GHz).

Lorsque l’équipe a placé une charge électrique sur ces plaques flexibles, elles ont pu interagir avec des signaux électriques qui transportaient des informations quantiques, permettant ainsi leur transmission dans l’appareil pour être stockées sous forme de « mémoire », puis leur transmission ou leur « mémorisation » ultérieure.

Les chercheurs ont mesuré combien de temps il a fallu que l'oscillateur perde son contenu quantique une fois que l'information est entrée dans l'appareil. 

« Il s’avère que ces oscillateurs ont une durée de vie environ 30 fois plus longue que les meilleurs qubits supraconducteurs existants. »

– Mirhosseini

Cette méthode de construction d'une mémoire quantique présente divers avantages par rapport aux autres techniques. Les ondes acoustiques, par exemple, se propagent beaucoup plus lentement que les ondes électromagnétiques, ce qui permet de créer des appareils plus compacts.

Les ondes électromagnétiques (EM) sont des ondes transversales de champs électriques et magnétiques oscillants qui transportent de l’énergie dans l’espace. Elles sont produites par l’accélération de particules chargées et englobent un spectre comprenant les ondes radio, les micro-ondes, l’infrarouge, la lumière visible, l’ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma. 

Glissez pour faire défiler →

Tous les EM voyagent à la vitesse de la lumière dans le vide et ne nécessitent pas de milieu pour se propager.

Les ondes acoustiques, quant à elles, sont des ondes mécaniques, comme les ondes sonores, qui transmettent de l'énergie à travers un milieu solide, liquide ou gazeux en provoquant la vibration, la compression et la dilatation des particules du milieu. Ces ondes sont caractérisés par des propriétés telles que la fréquence, l'amplitude et la longueur d'onde. Les ondes acoustiques englobent une gamme de fréquences, notamment les infrasons et les ultrasons.

Étant donné que les vibrations mécaniques, contrairement aux ondes électromagnétiques, ne se propagent pas dans l'espace libre, l'énergie ne s'échappe pas du système. et peut être plus fortement confiné dans un milieu, permettant des temps de stockage prolongés et atténuant les échanges d'énergie indésirables entre les appareils à proximité.

Ces avantages offrent la possibilité de nombreux diapasons de ce type à inclure dans une seule puce, offrant une solution évolutive manière aux mémoires quantiques.

L'étude, selon Mirhosseini, montre une interaction minimale entre les ondes acoustiques et électromagnétiques nécessaire pour sonder la valeur de ce système hybride pour une utilisation comme élément de mémoire. 

« Pour que cette plateforme soit véritablement utile à l'informatique quantique, il faut pouvoir introduire des données quantiques dans le système et les extraire beaucoup plus rapidement. Cela signifie que nous devons trouver des moyens d'augmenter le taux d'interaction d'un facteur de trois à dix par rapport à ce que notre système actuel permet », a déclaré Mirhosseini. Selon la l'équipe a des idées quant à comment y parvenir.

Matériel et logiciels quantiques : la voie vers une utilisation commerciale

Le nouvel appareil créé par les scientifiques de Caltech est en préparation depuis un certain temps déjà.

Il y a quelques années, dans leur travail précédent, l'équipe montré ce son, notamment phonons, qui sont particules individuelles de vibration un peu comme comment photons Ces, pourrait fournir un moyen simple de stocker des informations quantiques.

À l’époque, le groupe de Mirhosseini montré la nouvelle méthode en laboratoire, où ils ont exploré les phonons en raison de la relative commodité de construire de petits appareils capables de stocker ces ondes mécaniques.

L'équipe a testé des appareils dans des expériences qui semblaient adaptés à une association avec des qubits supraconducteurs, car ils fonctionnent aux mêmes fréquences GHz très élevées.

Les humains entendent dans la gamme des hertz aux kilohertz (jusqu'à environ 20 kHz), tandis que les appareils fonctionnent à des gigahertz (milliards de cycles par seconde), soit une fréquence environ 50,000 XNUMX fois plus élevée.

Les dispositifs testés avaient également une longue durée de vie et fonctionnaient bien aux basses températures nécessaires pour préserver les états quantiques avec des qubits supraconducteurs.

Comme l'a souligné Mirhosseini à l'époque, d'autres études ont examiné les matériaux piézoélectriques, un type particulier de matériau, comme moyen de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique dans les applications quantiques. Il a ajouté :

« Ces matériaux ont cependant tendance à provoquer une perte d’énergie pour les ondes électriques et sonores, et cette perte est un facteur majeur dans le monde quantique. »

La nouvelle technique développée par l'équipe de Caltech, en revanche, ne repose pas sur les propriétés particulières des matériaux et, en tant que telle, est adaptée aux dispositifs quantiques à base de micro-ondes établis.

Construire des dispositifs de stockage efficaces et de taille compacte constitue un autre défi pour ceux qui explorent les applications quantiques.

Ce défi est également abordé par la nouvelle méthode, qui « permet le stockage d'informations quantiques à partir de circuits électriques pendant des durées deux ordres de grandeur plus longues que d'autres dispositifs mécaniques compacts », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Bozkurt, qui est un étudiant diplômé du groupe de Mirhosseini.

Bien que la plateforme d'ondes sonores de Caltech soit prometteuse, elle ne représente qu'une partie d'un effort de recherche bien plus vaste mené par plusieurs institutions du monde entier. Les scientifiques testent diverses méthodes pour surmonter les défis posés par les ordinateurs quantiques. 

Par exemple, des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont s'est tourné vers les mathématiques².

Ils utilisent des negligions pour résoudre certains problèmes liés aux qubits topologiques. Cette classe de particules théoriques, qui sont nommées tels pour la façon dont ils ont été dérivés de théories négligées math, pourrait ouvrir une nouvelle voie vers la réalisation expérimentale d’ordinateurs quantiques topologiques universels.

« Mon objectif est de présenter aux autres chercheurs des arguments aussi convaincants que possible, leur montrant que le cadre non semi-simple est non seulement valide, mais constitue également une approche passionnante pour mieux comprendre la théorie quantique. »

– Co-auteur Aaron Lauda

Parallèlement, dans une autre approche, les scientifiques contrôlent la lumière émise par les points quantiques, ce qui peut conduire à des technologies quantiques moins chères, plus rapides et, bien sûr, plus pratiques.

Pour cela, le la collaboration de recherche a trouvé une nouvelle méthode³ qui repose sur une excitation stimulée à deux photons, permettant aux points quantiques d'émettre des flux de photons dans des états de polarisation distincts sans avoir besoin de matériel de commutation électronique. Lors des tests, les chercheurs ont pu à réussir produire excellents états à deux photons tandis que en gardant propriétés remarquables des photons uniques.

« Ce qui rend cette approche particulièrement élégante, c'est que nous avons déplacé la complexité des composants électroniques coûteux et générateurs de pertes après l'émission d'un photon unique vers l'étape d'excitation optique, et c'est une avancée significative pour rendre les sources de points quantiques plus pratiques pour les applications du monde réel. »

– Chercheur principal, Vikas Remesh

Il y a ensuite l'équipe du Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui a a présenté une conception modulaire haute performance⁴ pour les processeurs quantiques supraconducteurs avec une fidélité d'environ 99 %. 

L'architecture modulaire, contrairement aux conceptions monolithiques restrictives, offre une plus grande évolutivité, des améliorations plus faciles et une résilience aux incohérences.

Alors que la plupart des efforts continuent clairement de se concentrer sur la partie matérielle des ordinateurs quantiques, on observe désormais une évolution vers le logiciel, car les gens pensent que la technologie est «sur le point de devenir commercialement viable, et donc avoir besoin de faire quelque chose d’utile avec eux.

À cet égard, la société d’algorithmes quantiques Phasecraft a levé 34 millions de dollars auprès de plusieurs bailleurs de fonds, dont la société d’investissement liée au géant pharmaceutique danois Novo Nordisk (NVO ). 

Les algorithmes de Phasecraft, son PDG, Ashley Montanaro, croit, sera en mesure d’effectuer des calculs « scientifiquement importants » d’ici le « printemps prochain », et certaines applications commercialement utiles pourraient être disponibles « dans les deux prochaines années ».

L'intérêt pour les algorithmes est croissant. Récemment, un chercheur de Google a affirmé avoir conçu une réduction de 20 fois de la taille de l'ordinateur quantique nécessaire à l'exécution de l'algorithme de Shor, capable de être utilisés pour déchiffrer les formes de cryptage les plus utilisées aujourd'hui. 

En réponse, le développeur Hunter Beast a introduit BIP 360 dans le but de rendre Bitcoin (BTC) résistant à l'informatique quantique.

Pendant ce temps, la société d'informatique quantique Norma a validé les performances de ses algorithmes d'IA quantique pour le développement de médicaments à l'aide de NVIDIA CUDA-Q, observant des vitesses de calcul environ 73 fois plus rapides.

Investir dans l'informatique quantique

De nombreux grands noms mènent des recherches sur l’informatique quantique supraconductrice, et cela inclut IBM (IBM ), Intel (INTC ), et bien d'autres encore. Mais aujourd'hui, nous allons nous pencher sur Honeywell international (HON ), qui est fortement impliquée dans l'informatique quantique à travers sa participation majoritaire dans Quantinuum. 

Quantinuum, A Honeywell international (HON ) Société

Quantinuum est une société d'informatique quantique créée en 2021 par la fusion de Cambridge Quantum et Solutions Honeywell Quantum. Afin de accélérer le développement d'ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, il a obtenu un financement auprès d'investisseurs comme JPMorgan Chase.

L'année dernière, il démontré Les qubits logiques les plus fiables jamais enregistrés. Quantinuum a appliqué le système révolutionnaire de virtualisation des qubits de Microsoft, avec diagnostic et correction des erreurs, à son matériel de piège à ions pour réaliser plus de 14,000 XNUMX expériences individuelles sans la moindre erreur. 

Le mois dernier, Quantinuum lancé deux nouveaux composants logiciels open source, dont Guppy, un langage hébergé dans Python, qui a été décrit par son PDG, Rajeeb Hazra, comme « un changement de paradigme pour les développeurs », et un émulateur appelé Selene, qui est un « jumeau numérique » qui imite le comportement quantique pour que les programmeurs puissent tester et déboguer leur code.

La nouvelle plateforme full-stack intervient en préparation du lancement prochain de l'ordinateur quantique de nouvelle génération Helios de Quantinuum.

Ainsi, le L'entreprise poursuit des avancées dans le domaine du matériel et des logiciels quantiques avec ses activités de recherche et commerciales ciblant l'IA, la cybersécurité, la simulation chimique et d'autres applications.

Grâce à Quantinuum, Honeywell a développé des ordinateurs quantiques à ions piégés, qui utilisé ions piégés électromagnétiquement comme qubits pour des calculs haute fidélité, pour les clients in divers secteurs, notamment la santé, la finance et les services publics.

La société d'exploitation intégrée est principalement impliqué dans trois mégatendances, qui sont automatisation, aviation et transition énergétique. En attendant, il dessert quelques segments clés :

• Technologies aérospatiales
• Automation Industriel
• Automatisation des bâtiments et énergie
• Solutions de durabilité

Avec une capitalisation boursière de 139.36 milliards de dollars, l'action HON s'échange, au moment de la rédaction de cet article, à 218.40 dollars, en baisse de 2.83 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 8.79 mois) s'élève à 24.96 et son PER (sur 2.06 mois) à XNUMX. Le rendement du dividende s'élève quant à lui à XNUMX %.

En ce qui concerne les finances, Honeywell a déclaré un chiffre d'affaires de 10.4 milliards de dollars pour le deuxième trimestre 2025. Le bénéfice par action était de 2.45 $ et le BPA ajusté de 2.75 $.

Au cours de cette période, l'entreprise a finalisé la vente de son activité EPI pour 1.3 milliard de dollars, a finalisé l'acquisition de Sundyne pour 2.2 milliards de dollars et a annoncé l'acquisition de l'activité Catalyst Technologies de Johnson Matthey pour 1.8 milliard de livres sterling. L'entreprise a également racheté pour 1.7 milliard de dollars de ses actions.

Le PDG Vimal Kapur a souligné l'importance de fournir des « résultats exceptionnels » avec une croissance organique et un BPA ajusté dépassant les prévisions malgré une macroéconomie imprévisible.

« Avec l'automatisation des bâtiments en tête, trois segments sur quatre ont enregistré une croissance des ventes supérieure à 5 % au cours du trimestre, démontrant la puissance de notre système d'exploitation Accelerator pour s'adapter rapidement et stimuler la croissance même lorsque les conditions commerciales changent », a déclaré Kapur tout en soulignant « les résultats prometteurs de notre concentration accrue sur l'innovation de nouveaux produits, qui ont encore soutenu la croissance de notre carnet de commandes record. »

Conclusion

L'informatique quantique peut conduire à des avancées significatives dans l'IA, la santé, la science des matériaux, la cybersécurité et d'autres secteurs. Mais le progrès de cette technologie ne dépend pas seulement de Performances des qubits mais aussi sur la capacité à stocker des informations quantiques de manière fiable.

La plateforme Caltech propose un plan pour y parvenir. En intégrant calcul et mémoire dans une seule puce, ce nouveau développement rapproche le domaine des applications concrètes.

Cliquez ici pour consulter une liste des cinq meilleures sociétés d'informatique quantique.

Références:

1. Bozkurt, AB, Golami, O., Yu, Y., Tian, ​​H. et Mirhosseini, M. (2025). Une mémoire quantique mécanique pour les photons micro-ondes. Physique de la nature, (publication anticipée en ligne), publié le 13 août 2025. Reçu le 10 janvier 2025 ; accepté le 17 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Calcul quantique universel utilisant des anyons d'Ising à partir d'une théorie quantique des champs topologiques non semi-simple. Communications Nature, 16, 6408, publié le 05 août 2025. Reçu le 13 octobre 2024 ; accepté le 18 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. Génération d'états à deux photons démultiplexés passifs à partir d'un point quantique. Informations quantiques npj, 11, 139, publié le 11 août 2025. Reçu le 10 avril 2025 ; accepté le 25 juillet 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0
4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. Un réseau élémentaire à haute efficacité de dispositifs qubits supraconducteurs interchangeables. Electronique Nature, 8, 610–619, publié le 27 juin 2025 (date de parution : juillet 2025). Reçu le 08 septembre 2024 ; accepté le 23 mai 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3