À gauche : Intérieur du « super réfrigérateur » Goldeneye. A droite : L’équipe d’IBM avec l’enveloppe extérieure de l’instrument fermée.

L’informatique quantique nécessite des températures extrêmement basses. À cette fin, IBM a construit et démontré un énorme « super-réfrigérateur », dont le nom de code est « Goldeneye », qui refroidit les choses plus froidement que l’espace.

Les ordinateurs quantiques obtiennent leur vitesse et leur puissance incroyables en puisant dans le domaine étrange de la physique quantique. Des propriétés comme la superposition, où les particules peuvent exister dans deux états en même temps, permettent de traiter simultanément de grandes quantités de données, tandis que l’intrication peut effectivement « téléporter » des informations.

Le problème est que ces états sont très sensibles aux interférences de l’environnement, notamment la chaleur. C’est pourquoi les expériences et les ordinateurs quantiques doivent généralement être exécutés et maintenus à des températures cryogéniques supérieures d’une fraction de degré au zéro absolu, où les atomes n’ont pratiquement aucune énergie.

Maintenir un équipement à une telle température n’est pas une mince affaire, c’est pourquoi IBM a maintenant construit une preuve de concept pour un nouveau système de refroidissement. Goldeneye est ce que l’on appelle un réfrigérateur à dilution, qui utilise un mélange d’hélium 3 et d’hélium 4 pour refroidir son contenu jusqu’à la gamme des milli-Kelvins (mK), soit des millièmes de degré au-dessus du zéro absolu.

Mais Goldeneye a été conçu pour résoudre quelques problèmes des réfrigérateurs à dilution existants. Pour commencer, il contient un volume expérimental de 1,7 m3 (60 pieds cubes), ce qui est deux à trois fois plus grand que les précédents. Il est modulaire et doté d’une conception à clapet qui permet d’ouvrir latéralement la chambre à vide extérieure afin que les scientifiques puissent accéder facilement au matériel interne.

Pat Gumann, responsable technique du Goldeneye, procède à quelques ajustements.

Il peut être équipé de différentes unités de réfrigération qui refroidissent à différentes températures, et son poids de 6,7 tonnes permet d’amortir les vibrations qui peuvent interférer avec l’équipement quantique. Il est important de noter qu’il ne prend qu’un dixième de l’espace des réfrigérateurs à dilution existants de puissance équivalente. Cette simplification signifie qu’il pourrait également être utilisé par des équipes de scientifiques beaucoup plus petites.

Lors des tests, Goldeneye a été capable de se refroidir à seulement 25 mK, soit 1 000 fois plus froid que la température moyenne de l’espace. Lorsque l’équipe d’IBM a placé une puce quantique à l’intérieur et l’a refroidie, elle a pu obtenir un temps de cohérence – durée pendant laquelle les qubits conservent leurs informations – d’environ 450 microsecondes. Cela peut sembler peu, mais c’est comparable aux réfrigérateurs à dilution existants.

Aussi prometteur que puisse paraître Goldeneye, IBM précise qu’il ne sera probablement pas utilisé sous sa forme actuelle pour refroidir des ordinateurs quantiques. Mais les concepts testés seront utilisés pour informer les prochaines générations de systèmes de refroidissement.

https://research.ibm.com/blog/goldeneye-cryogenic-concept-system