Les chercheurs ont créé une nouvelle puce qui transforme l’une des plus grandes faiblesses de l’informatique quantique en une fonctionnalité programmable. Ils affirment que cette expérience, première en son genre, pourrait avoir des implications pour le développement futur d’ordinateurs quantiques corrigés des erreurs et tolérants aux pannes.
Contrairement aux bits numériques d’un ordinateur classique, qui sont représentés comme étant « activés » ou « désactivés », un bit quantique (qubit) a un taux de défaillance beaucoup plus élevé – environ 1 sur 1 000, contre 1 sur 1 milliard pour les bits numériques. En effet, les ordinateurs quantiques sont sensibles au « bruit » – des interférences souvent citées comme le plus grand obstacle empêchant les ordinateurs quantiques d’être plus performants que les ordinateurs quantiques. supercalculateurs les plus rapides.
À mesure que les ingénieurs développent des systèmes quantiques suffisamment grands pour remplir des fonctions utiles, la quantité de bruit augmente généralement. Les scientifiques peuvent lutter contre ce bruit en utilisant diverses techniques de correction d’erreurs. Mais malgré les progrès récents dans ce domaine, le défi de développer un ordinateur quantique véritablement tolérant aux pannes demeure.
En effet, le bruit provient de diverses sources, sur lesquelles les scientifiques n’ont pour la plupart aucun contrôle. Ceux-ci incluent des perturbations imprévisibles du champ magnétique terrestre, le rayonnement à proximité des routeurs Wi-Fi et d’autres appareils électroniques, rayons cosmiques de l’espace, et même des qubits voisins. Cette imprévisibilité a rendu difficile l’étude de ce bruit.
Mais les chercheurs ont maintenant conçu une expérience qui renverse le paradigme de la correction des erreurs. Au lieu d’essayer de débarrasser un système quantique du bruit, ils ont créé une puce qui leur permet d’introduire des erreurs à volonté afin d’examiner le bruit et la perte de signal dans un environnement contrôlé.
Dans la nouvelle étude, publiée le 9 mai dans la revue Communications naturellesles chercheurs ont décrit comment cette puce informatique quantique utilise photons capturés à partir d’impulsions laser sous forme de qubits. Il dispose également de ce que les chercheurs ont appelé un « canal latéral » vers lequel les photons peuvent être détournés afin que l’équipe puisse imiter les pertes qui se produisent dans des conditions normales de fonctionnement et les étudier en détail.
« Dans de nombreuses expériences quantiques, tout ce qui ne correspond pas à l’image idéale du manuel est simplement traité comme une perte et ignoré. » Govind Krishnapremier auteur de l’étude et doctorant à l’Institut royal de technologie KTH en Suède, a déclaré dans un communiqué déclaration. « La puce nous permet de simuler ces processus non idéaux de manière contrôlée. »
La puce peut être programmée pour imiter les erreurs de plusieurs manières, permettant ainsi de simuler des types spécifiques de perte dus au bruit. Les chercheurs peuvent essentiellement moduler la quantité de bruit simulé par le système afin de générer des conditions propices à une étude pratique. Pour ce faire, ils ajustent le nombre de photons détournés et le degré de superposition quantiquedans lequel les qubits partagent des informations dans l’espace et dans le temps via un processus appelé intrication quantique.
« La puce fonctionne un peu comme un carrefour ferroviaire programmable pour la lumière quantique », a expliqué Krishna. « En modifiant les signaux de contrôle, nous pouvons décider si les photons restent principalement sur la piste principale, sont principalement détournés vers le canal de perte ou se retrouvent dans des superpositions qui dépendent de leur interférence quantique. »
Cela signifie que le bruit lui-même devient un atout que les scientifiques peuvent utiliser pour améliorer davantage les systèmes informatiques quantiques, plutôt que d’essayer de l’éliminer.
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Selon l’étude, la nouvelle conception de la puce peut modéliser les erreurs dans tout type de système quantique, même un système non photonique, comme un ordinateur quantique supraconducteur basé sur des qubits ou un système conçu avec qubits d’atomes neutres.
Les scientifiques souhaitent à terme donner aux chercheurs davantage d’outils pour étudier comment le bruit s’infiltre et s’accumule dans les circuits quantiques. Cela pourrait, en théorie, conduire à une meilleure compréhension de la manière d’appliquer des techniques de correction d’erreurs plus efficaces dans les futurs systèmes, d’autant plus que ces systèmes évoluent et interagissent encore davantage avec leur environnement.
« Comprendre comment les systèmes quantiques se comportent dans ce désordre est crucial si nous voulons que nos expériences disent quelque chose sur la nature telle qu’elle est réellement, et pas seulement sur des configurations idéalisées », a déclaré Krishna.
