Récemment, une équipe de recherche dirigée par Yiwen Chu, physicien à l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich), a développé une nouvelle puce quantique qui stocke avec succès des informations à l'intérieur de la puce sous la forme de minuscules vibrations (c'est-à-dire des paquets d'énergie vibratoire transportés par des phonons). Son principe de fonctionnement s’apparente dans une certaine mesure aux notes résonnantes d’une guitare. Cette avancée devrait révolutionner la façon dont les futurs ordinateurs quantiques seront construits.

Les dimensions de cette puce expérimentale sont d’environ 7,5 mm de long, 2,5 mm de large et 1 mm d’épaisseur, ce qui correspond à peu près à la même largeur qu’un petit ongle humain. Bien que ces mouvements se produisent à l’intérieur de résonateurs mécaniques microscopiques à haute fréquence et ne puissent pas être entendus par l’oreille humaine, l’équipe de recherche a réussi à démontrer une nouvelle architecture informatique quantique en connectant ces minuscules résonateurs en tant que mémoires de travail à un processeur quantique supraconducteur, conceptuellement plus proche de la structure de base couramment utilisée dans les ordinateurs classiques d’aujourd’hui.

Dans la grande majorité des systèmes quantiques existants, le calcul et le stockage ne sont pas clairement séparés, et le traitement et le stockage des informations sont souvent étroitement intégrés dans le même matériel, ce qui rend difficile la mise à l'échelle de la machine sans ajouter de composants volumineux. En revanche, l’équipe de recherche de l’ETH Zurich s’est inspirée du modèle classique de l’informatique traditionnelle dans lequel une unité centrale (CPU) est responsable des calculs et une mémoire vive (RAM) est responsable du stockage temporaire des données. Dans cette nouvelle mémoire de travail quantique, les informations ne sont pas stockées de la manière électromagnétique habituelle, mais sous forme de vibrations mécaniques.

En fonctionnement réel, les qubits supraconducteurs font office de processeurs et d’unités de contrôle, tandis que les résonateurs mécaniques préservent les informations quantiques pendant les calculs. Chaque fois que le processeur a besoin d’informations spécifiques, le qubit supraconducteur interagit avec le mode de vibration sélectionné, modifiant son état quantique avant de le remettre en mémoire. Cette division du travail exploite les atouts des deux technologies : les qubits supraconducteurs sont capables d'effectuer des opérations rapides et de fournir le comportement non linéaire requis pour la logique quantique, tandis que les résonateurs mécaniques sont compacts, prennent en charge plusieurs modes de vibration indépendants et maintiennent des états quantiques pendant de plus longues périodes.

Pour tester cette architecture quantique programmable, les chercheurs ont mis en œuvre avec succès deux procédures informatiques de base : la transformée de Fourier quantique et l'algorithme de recherche de période. Les deux tests nécessitent que le système prépare, stocke, connecte et manipule avec précision plusieurs états quantiques tout en transférant des informations entre le processeur et différents modes de stockage mécanique sans détruire la cohérence. Les résultats expérimentaux démontrent que le système est capable d'effectuer des opérations en phase contrôlée et de concaténer les états stockés dans sa mémoire disponible.

Bien que cette recherche soit encore au stade de la validation de principe et n'ait pas encore produit de dispositif commercial capable de surpasser les ordinateurs traditionnels, elle a prouvé avec succès au monde extérieur que la mémoire basée sur les vibrations peut pleinement fonctionner comme une ressource informatique pratique. L'équipe de recherche a souligné que le principal défi à l'avenir réside dans l'évolutivité, c'est-à-dire augmenter considérablement la capacité de stockage et la puissance de traitement tout en maintenant de faibles taux d'erreur et en obtenant un contrôle fiable des grands états quantiques. Les résultats de la recherche ont été officiellement publiés dans la revue Science.