L'équipe de Surrey propose un concept de qubit à l'hélium superfluide pour réduire le taux d'erreur quantique

GUILDFORD, Royaume-Uni — Des chercheurs de l'University of Surrey ont présenté un nouveau concept de bit quantique, ou qubit, qui utilise de l'hélium superfluide pour réduire de manière significative les taux d'erreur dans le matériel quantique, selon des informations publiées le 8 septembre 2026 par phys.org. L'architecture proposée répond à l'un des goulots d'étranglement les plus persistants de la science de l'information quantique : la vulnérabilité des qubits physiques au bruit environnemental, qui entraîne la dégradation de l'état quantique et des erreurs de calcul. En exploitant les propriétés cohérentes et sans frottement de l'hélium liquide refroidi près du zéro absolu, l'équipe de recherche de Surrey vise à établir une nouvelle plate-forme physique qui pourrait simplifier la voie vers des ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes.

## Faits marquants - Des chercheurs de l'University of Surrey ont conçu une architecture conceptuelle de qubit exploitant les propriétés physiques de l'hélium superfluide. - Ce concept est conçu pour atténuer la décohérence et le bruit opérationnel, qui obligent actuellement les développeurs de matériel quantique à déployer de lourds protocoles de correction d'erreurs. - L'hélium-4 liquide subit une transition de phase vers un état superfluide à son point lambda d'environ 2,17 Kelvin (-270,98 degrés Celsius), où sa viscosité chute précisément à zéro. - Les processeurs quantiques supraconducteurs standards, tels que ceux reposant sur des qubits transmon, fonctionnent à l'intérieur de réfrigérateurs à dilution à des températures extrêmement basses comprises entre 10 et 15 millikelvins. - Ce développement conceptuel intervient dans le contexte d'investissements internationaux plus larges dans le matériel quantique, notamment la National Quantum Strategy sur dix ans du Royaume-Uni, dotée de 2,5 milliards de livres sterling et s'étendant de 2023 à 2033.

## Ce qui s'est passé L'équipe de recherche de l'University of Surrey a formulé un cadre théorique et conceptuel pour un qubit intégrant l'hélium superfluide comme milieu central. En informatique classique, un bit existe strictement sous forme binaire de zéro ou d'un. Un bit quantique, en revanche, s'appuie sur des principes de la mécanique quantique tels que la superposition et l'intrication pour exister simultanément dans une combinaison d'états, offrant des avantages de traitement exponentiels pour des problèmes mathématiques spécifiques.

Cependant, les implémentations physiques existantes des qubits — qu'elles soient conçues à partir de circuits supraconducteurs, d'ions piégés ou de points quantiques semi-conducteurs — sont exceptionnellement fragiles. Des perturbations minimes provenant de l'énergie thermique environnante, de rayonnements électromagnétiques parasites ou d'imperfections matérielles au niveau atomique amènent les qubits à perdre leurs propriétés quantiques, un phénomène connu sous le nom de décohérence. Lorsque la décohérence se produit, les informations stockées sont altérées, ce qui introduit des erreurs dans les calculs.

Selon les informations publiées par phys.org, le concept de l'University of Surrey offre une approche structurelle novatrice pour isoler le qubit de ces perturbations environnementales. En utilisant de l'hélium superfluide — un état de la matière dans lequel l'hélium liquide s'écoule avec une viscosité mécanique nulle et présente une cohérence quantique macroscopique —, cette conception crée un substrat cryogénique exceptionnellement silencieux. L'architecture théorique minimise la dissipation d'énergie non souhaitée et le déphasage, ce qui pourrait permettre à l'information quantique de persister pendant des durées nettement plus longues que dans les dispositifs solides conventionnels.

## Pourquoi c'est important Le principal obstacle qui empêche les ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes complexes du monde réel — tels que la simulation de structures moléculaires pour la pharmacologie avancée, l'optimisation des réseaux logistiques mondiaux ou le décryptage d'algorithmes cryptographiques modernes — est le passage à l'échelle du matériel. Bien que les processeurs quantiques modernes contiennent des dizaines voire des centaines de qubits physiques, les taux d'erreur actuels restent trop élevés pour des calculs soutenus et sans assistance. Les taux d'erreur des portes à deux qubits dans les principaux systèmes supraconducteurs se situent généralement entre 0,1 % et 1 %.

Pour parvenir à des calculs fiables, les systèmes doivent utiliser la correction d'erreurs quantiques (QEC, pour Quantum Error Correction). Les protocoles QEC regroupent des dizaines, des centaines ou même des milliers de qubits physiques pour construire un seul « qubit logique » extrêmement durable. Sous les seuils d'erreur actuels, construire un ordinateur quantique commercialement viable doté de quelques milliers de qubits logiques nécessiterait un système intégrant des millions de qubits physiques. Une telle échelle présente des obstacles d'ingénierie massifs, notamment des exigences de refroidissement extrêmes, un câblage complexe de contrôle hyperfréquence et une consommation d'énergie élevée.

Si le concept de qubit à l'hélium superfluide de l'University of Surrey parvient à une réduction même modeste des taux d'erreur physiques, cela pourrait modifier fondamentalement ces dynamiques de passage à l'échelle. Des taux d'erreur physiques intrinsèques plus faibles réduisent le ratio de surcoût — le nombre de qubits physiques nécessaires pour soutenir chaque qubit logique. Réduire ce ratio d'un ordre de grandeur permettrait aux fabricants de matériel quantique de parvenir à un calcul quantique tolérant aux pannes avec des processeurs physiques nettement plus petits, réduisant ainsi la complexité de fabrication du matériel et les coûts d'exploitation.

## Contexte La physique qui sous-tend la superfluide remonte à près d'un siècle. En 1937, le physicien Pyotr Kapitsa à Moscou, aux côtés de John F. Allen et Don Misener à Cambridge, ont découvert indépendamment que l'hélium-4 liquide passe à un état superfluide lorsqu'il est refroidi en dessous de 2,17 Kelvin, une limite connue sous le nom de point lambda. Dans ce régime, les atomes d'hélium se condensent en un seul état fondamental quantique macroscopique décrit par une seule fonction d'onde. L'hélium superfluide conduit la chaleur presque instantanément, ne présente aucune viscosité mesurable et peut grimper en un film microscopique le long des parois de son récipient de confinement.

Au cours des deux dernières décennies, les physiciens ont périodiquement exploré l'hélium liquide comme un environnement idéal pour les expériences quantiques. Une voie notable impliquait les « électrons sur hélium », où des électrons individuels sont piégés au-dessus de la surface de l'hélium liquide par leurs propres charges images et maintenus en place par des champs électrostatiques extérieurs. Comme l'hélium liquide ne contient pratiquement aucune impureté atomique, possède un spin nucléaire nul et conserve une surface liquide exceptionnellement lisse et exempte de défauts cristallins, les électrons suspendus au-dessus de lui subissent un bruit magnétique et électrique extrêmement faible.

Malgré ces caractéristiques physiques attrayantes, les approches à l'état solide ont pris une avance considérable dans la course mondiale à la suprématie quantique. Les circuits supraconducteurs basés sur les jonctions Josephson — pionniers à la fin des années 1990 et au début des années 2000 — ont bénéficié des techniques éprouvées de lithographie des semi-conducteurs, permettant à des entreprises comme IBM, Google et Rigetti de développer rapidement l'échelle de leurs puces. De même, les systèmes d'ions piégés développés par des sociétés telles qu'IonQ et Quantinuum ont tiré parti de contrôles laser précis pour obtenir des fidélités de porte élevées. Néanmoins, alors que les systèmes supraconducteurs et d'ions piégés approchent de plafonds d'ingénierie liés à la diaphonie, aux défauts matériels et à la densité du câblage, des architectures physiques alternatives — notamment les atomes neutres, les qubits topologiques et les systèmes à l'hélium liquide — font l'objet d'une attention renouvelée de la part des institutions de recherche du monde entier.

## Réactions Bien que l'équipe de l'University of Surrey ait présenté une voie théorique prometteuse, les physiciens expérimentateurs et les ingénieurs quantiques soulignent que les concepts de qubits ne représentent que la phase initiale d'un long cycle de développement. Les chercheurs universitaires en science de l'information quantique évaluent généralement les nouvelles propositions de qubits sur la base de preuves mathématiques rigoureuses de contrôle d'état, d'une modélisation détaillée du bruit et de la faisabilité dans des conditions de laboratoire standard.

Les spécialistes du secteur notent que la transposition des concepts d'hélium superfluide dans du matériel physique pose des défis uniques en matière de microfluidique et d'ingénierie cryogénique. Le fonctionnement de systèmes à l'hélium liquide à des températures exprimées en millikelvins dans des réfrigérateurs à dilution exige une gestion de la pression ultra-précise, un amortissement acoustique spécialisé et des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) avancés pour manipuler le fluide sans introduire de turbulence mécanique.

De plus, les organismes publics de recherche du Royaume-Uni — opérant dans le cadre de la National Quantum Strategy gouvernementale de 2,5 milliards de livres sterling — accordent une priorité croissante aux projets qui font le lien entre physique théorique et fabrication pratique. Les observateurs s'attendent à ce que les spécialistes du matériel quantique examinent attentivement la proposition de l'équipe de Surrey lors de prochains colloques universitaires afin de déterminer si le concept peut s'interfacer facilement avec les électroniques de contrôle hyperfréquence ou les systèmes de lecture optique existants.

## Ce que l'on ne sait pas encore Plusieurs détails techniques restent à confirmer concernant la conception du qubit de l'University of Surrey : - Le mécanisme physique exact utilisé pour coder les états quantiques au sein ou au-dessus du milieu d'hélium superfluide (par exemple, si le qubit utilise des états de spin électronique, des ondes acoustiques de surface ou des lignes de vortex quantifiées) n'est pas entièrement détaillé dans le rapport préliminaire. - Le projet n'a pas encore publié de mesures empiriques pour le temps de relaxation de l'énergie (T1) ou le temps de déphasage (T2), car ces métriques nécessitent le prototypage physique et des tests dans un environnement cryogénique. - L'architecture de contrôle précise pour effectuer des opérations de porte à un et deux qubits reste non vérifiée. Il n'est pas certain que la manipulation de l'état repose sur des impulsions radiofréquences, des résonateurs hyperfréquences ou des pinces optiques laser focalisées. - La compatibilité de la conception avec les procédés standard de fabrication de semi-conducteurs reste inconnue. Les développeurs doivent déterminer si les cellules de qubits à l'hélium superfluide peuvent être produites en masse sur des galettes de silicium ou de saphir aux côtés de circuits de lecture classiques.

## À surveiller Les principaux développements à surveiller dans les mois à venir comprennent : - La publication officielle de l'article évalué par des pairs de l'équipe de recherche de Surrey dans une revue scientifique de premier plan, qui présentera le cadre mathématique complet, les paramètres physiques et la géométrie du dispositif. - Les présentations de l'équipe de l'University of Surrey lors de conférences internationales de physique, comme la réunion de mars de l'American Physical Society (APS), où des scientifiques indépendants analyseront la modélisation théorique. - L'annonce de subventions de suivi ou de partenariats industriels visant à construire le premier prototype physique du qubit à l'hélium superfluide. - Les efforts expérimentaux de centres de recherche rivaux en cryogénie et en physique quantique visant à répliquer ou à adapter les substrats d'hélium superfluide pour l'isolement d'états quantiques.

Ce rapport est basé sur des informations originales de phys.org.