Deux atomes de phosphore, distants de seulement 20 nanomètres, ont été reliés comme s’ils ne formaient plus qu’un. C’est l’exploit réalisé par une équipe australienne de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW), publié dans Science. Une avancée qui rapproche la physique quantique des chaînes de production classiques de la microélectronique et ouvre de nouvelles perspectives pour l’informatique quantique.
Quand deux noyaux se parlent à distance
L’expérience repose sur l’intrication quantique, ce phénomène où deux particules partagent un même état : mesurer l’une détermine instantanément l’autre. Ici, chaque atome de phosphore implanté dans du silicium possède deux qubits : un noyau (lent, mais stable) et un électron (rapide et mobile).
C’est l’électron qui joue le rôle de messager, capable de « toucher » deux noyaux à la fois et de créer un lien entre eux. Résultat : une porte quantique (controlled-Z) a été réalisée entre deux qubits nucléaires distants, générant un état de Bell avec une fidélité de 76 %. À l’échelle atomique, relier 20 nanomètres équivaut à franchir un marathon miniature.
Une compatibilité totale avec l’industrie du silicium
Contrairement à d’autres approches quantiques nécessitant des cryostats massifs ou des environnements exotiques, cette expérience s’est appuyée sur des procédés standards de la microélectronique industrielle. En clair, les outils qui produisent nos processeurs et smartphones ont suffi.
Cette compatibilité est capitale : elle ouvre la voie à une scalabilité réelle, c’est-à-dire à la production en série de puces quantiques intégrant des dizaines, voire des centaines de qubits. Les chercheurs envisagent déjà des architectures combinant qubits électroniques (pour les calculs rapides) et qubits nucléaires (pour le stockage longue durée).
Vers un réseau quantique intégré dans une puce
Un autre point fort de cette approche est sa robustesse. Deux électrons suffisent à relier deux noyaux, mais il est possible d’en mobiliser davantage pour connecter un réseau entier de qubits nucléaires. On sort ainsi du modèle linéaire traditionnel pour aller vers une architecture en réseau, plus souple et plus puissante.
Chaque noyau, isolé dans sa « pièce », peut désormais communiquer avec d’autres à distance, grâce aux électrons qui jouent les intermédiaires. C’est un pas décisif vers un réseau quantique interne directement intégré dans une puce de silicium.
Un pas vers le microprocesseur quantique
Cette démonstration apporte la preuve qu’un microprocesseur quantique en silicium est techniquement envisageable. Si elle se confirme à grande échelle, cette technologie pourrait bouleverser le domaine : production industrielle simplifiée, contrôle précis des qubits et intégration parfaite dans les circuits électroniques existants.
En reliant deux noyaux d’atomes par intrication quantique au cœur même du silicium, l’équipe australienne démontre que l’informatique quantique n’est plus cantonnée aux laboratoires exotiques. Elle se rapproche désormais des usines de microprocesseurs, et avec elle, la perspective d’ordinateurs quantiques plus compacts, fiables et évolutifs.
