Une percée en physique pourrait conduire à des ordinateurs quantiques efficaces


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  • Une équipe de scientifiques de l’Institut Max Planck d’optique quantique a récemment présenté une expérience record qui pourrait bouleverser l’industrie de l’informatique quantique.

    Le slalom quantique

    L’un des plus grands défis auxquels sont confrontés les chercheurs STEM aujourd’hui est la difficulté de construire un ordinateur quantique stable et tolérant aux pannes.

    Essentiellement, les physiciens modernes font des allers-retours entre essayer de mettre à l’échelle les ordinateurs quantiques à des tailles fonctionnelles et tenter d’éliminer toutes les erreurs bruyantes à mesure que les systèmes se développent.

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    En ce qui concerne les qubits, l’équivalent quantique des bits informatiques, plus gros est généralement meilleur. Mais c’est aussi beaucoup plus bruyant.

    La raison principale en est qu’il est incroyablement difficile de produire des qubits de manière fiable sans s’appuyer sur des états aléatoires – c’est ce qu’on appelle le méthode probabiliste pour générer des qubits.

    Essentiellement, les scientifiques se contentent de casser les choses jusqu’à ce que le résultat souhaité émerge.

    Les chercheurs de l’Institut Max Planck d’optique quantique ont pris une autre voie.

    Selon leur papier:

    Nous avons présenté une source évolutive et librement programmable de photons intriqués, démontrant – à notre connaissance – les plus grands états intriqués de photons optiques à ce jour. Il est déterministe dans le sens où aucune porte d’intrication probabiliste n’est requise. Cela nous donne un net avantage d’échelle par rapport aux schémas précédents.

    Plongeons dedans

    L’informatique quantique repose sur enchevêtrementc’est-à-dire lorsque deux ou plusieurs objets sont préparés de telle manière que tout ce qui arrive à l’un affecte l’autre sans tenir compte de la distance.

    En règle générale, les photons (unités individuelles de lumière) sont empêtrés à l’intérieur d’un type spécial de cristal. Il en résulte un type d’enchevêtrement relativement imprévisible. Les scientifiques ont du mal à générer efficacement des qubits en utilisant cette méthode car elle est probabiliste.

    L’équipe de Max Planck a supprimé la chambre de création de cristaux et a plutôt transformé un seul atome en un générateur de photons intriqués.

    Par un communiqué de presse des Instituts Max Planck :

    Les chercheurs ont généré jusqu’à 14 photons intriqués dans un résonateur optique, qui peuvent être préparés dans des états physiques quantiques spécifiques de manière ciblée et très efficace. La nouvelle méthode pourrait faciliter la construction d’ordinateurs quantiques puissants et robustes et servir la transmission sécurisée des données à l’avenir.

    L’équipe a réussi à battre le précédent record de 12 photons intriqués en utilisant cette méthode et ils ont atteint des niveaux de génération de près de 50 %.

    En d’autres termes, ils ont pu générer des photons intriqués stables presque la moitié du temps. Cela leur a permis d’effectuer des mesures plus longues et plus précises sur les photons eux-mêmes.

    Eurêka ?

    Cela pourrait très bien représenter un «moment eurêka» comparable à la récente découverte par Google des cristaux de temps.

    Selon les chercheurs, cette technique de génération de qubits stables pourrait avoir des implications massives pour l’ensemble du domaine de l’informatique quantique, mais surtout pour l’évolutivité et la réduction du bruit :

    À ce stade, notre système est principalement confronté à des limitations techniques, telles que des pertes optiques, une coopérativité finie et des impulsions Raman imparfaites. Même des améliorations modestes à ces égards nous mettraient à portée des seuils de tolérance aux pertes et aux pannes pour la correction d’erreur quantique.

    Il faudra un certain temps pour voir dans quelle mesure cette génération expérimentale de qubits se traduit par un véritable dispositif de calcul, mais il y a de nombreuses raisons d’être optimiste.

    Il existe de nombreuses méthodes différentes par lesquelles les qubits peuvent être créés, et chacune se prête à sa propre architecture de machine unique. L’avantage ici est que les scientifiques ont pu générer leurs résultats avec un seul atome.

    Cela indique que la technique serait utile en dehors de l’informatique. Si, par exemple, il pouvait être développé en un système à deux atomes, cela pourrait conduire à une nouvelle méthode de communication quantique sécurisée.

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