Des dirigeables transportant des centres de données quantiques dans la stratosphère ? Une idée géniale, selon une étude.

Dans une proposition qui ressemble davantage au scénario d'un nouveau film de science-fiction, des chercheurs suggèrent une approche inédite pour résoudre l'un des problèmes fondamentaux de l'informatique quantique. Si elle était mise en œuvre, cette solution révolutionnerait notre conception du « cloud computing ».

Avec l'annonce cette année par Amazon et Microsoft de la commercialisation de puces quantiques, l'idée d'ordinateurs reposant sur des particules subatomiques appelées qubits se rapproche inexorablement de la réalité. Les qubits exploitent le principe de superposition : contrairement aux bits classiques de nos ordinateurs actuels, ils peuvent se trouver dans un état de zéro ou de un, mais dans les deux simultanément. Cette capacité à occuper deux états à la fois signifie que les ordinateurs quantiques devraient un jour être capables de résoudre des problèmes scientifiques incroyablement complexes à des vitesses jusqu'alors inimaginables.

Il existe cependant un problème majeur avec les ordinateurs quantiques : la plupart des qubits doivent être maintenus à des températures extrêmement basses, juste au-dessus du zéro absolu, pour fonctionner correctement. Par conséquent, la construction de ces machines à grande échelle nécessiterait une dépense énergétique considérable pour les maintenir à cette température.

Une nouvelle proposition de chercheurs de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) d'Arabie saoudite contourne ce problème grâce à une approche unique.

Dans un article publié dans la revue npj Wireless Technology , trois chercheurs proposent d'utiliser des dirigeables pour transporter des ordinateurs quantiques dans la stratosphère. À une altitude d'environ 20 km, les températures, de l'ordre de -50 °C, seraient suffisamment basses pour permettre aux qubits de fonctionner correctement. Ils nomment ces systèmes des plateformes de haute altitude pour l'informatique quantique (QC-HAP: Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms) et prévoient de les équiper non seulement d'ordinateurs quantiques, mais aussi de panneaux solaires et de batteries lithium-soufre.

Étant donné que les HAP (High Altitude Platforms) flotteraient bien au-dessus des nuages ​​et des systèmes météorologiques potentiellement perturbateurs, ils pourraient fonctionner et recharger leurs batteries grâce à l'énergie solaire pendant la journée, et passer aux batteries pour un fonctionnement nocturne.

Pour accéder aux ordinateurs flottants, l'équipe propose de transmettre des données à travers l'atmosphère vers des stations de base grâce à des ondes lumineuses, un procédé appelé communication optique en espace libre. Ce procédé rappelle un test réalisé plus tôt cette année, au cours duquel la liaison de communication quantique la plus longue au monde utilisait des photons pour la transmission et le chiffrement des données.

Pour les journées nuageuses, ils suggèrent d'équiper les dirigeables d'un système de transmission par radiofréquence et, pour réduire la dégradation du signal, l'équipe indique que des plateformes soutenues par des ballons à des altitudes plus basses pourraient être utilisées comme stations relais.

Les chercheurs affirment que leur proposition permettrait de réaliser 21 % d'économies d'énergie pour un ordinateur quantique utilisant des qubits à piège ionique, des atomes chargés individuellement maintenus en place par des champs électromagnétiques et contrôlés par des lasers. De plus, ils expliquent que ces dirigeables individuels pourraient se déplacer à travers le monde selon les besoins et être interconnectés pour accroître la puissance de calcul. Ceci créerait « une flotte dynamique capable de fournir des services de calcul quantique à la demande et évolutifs à l'échelle mondiale », selon Wiem Abderrahim, l'un des trois auteurs de l'étude.

L'équipe reconnaît que son concept est encore loin d'une application concrète, et que des progrès significatifs dans le domaine du matériel informatique quantique sont nécessaires dans un premier temps. Cependant, les scientifiques prévoient de poursuivre leurs recherches sur la voie empruntée par cette étude.

« Nos prochaines étapes consistent à passer de la phase conceptuelle et analytique à des études davantage axées sur la mise en œuvre », conclut Osama Amin, chercheur au sein de l'équipe.

https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/26198/green-quantum-computing-takes-to-the-skies