Les scientifiques ont démontré qu’une photonique qubit – Un bit quantique propulsé par une particule de lumière – peut détecter et corriger ses propres erreurs tout en fonctionnant à température ambiante. Ils disent que c’est une étape fondamentale vers l’évolution processeurs quantiques.
Dans une nouvelle étude publiée le 4 juin dans la revue Naturedes chercheurs de la startup de calcul quantique canadien Xanadu ont créé un état dit « Gottesman – Kitaev – Preskill » (GKP) directement sur une puce en silicium.
Les États GKP sont un type de état quantique qui diffuse des informations sur plusieurs photons dans un motif qui permet de repérer et de corriger de petites erreurs. Cela signifie que chaque qubit est capable de se corriger, sans avoir besoin d’être regroupé dans de grands tableaux de qubits redondants – une exigence commune dans Méthodes de correction des erreurs.
Il marque la première fois que ce type d’état quantique résistant aux erreurs a été généré en utilisant un processus compatible avec la fabrication de puces conventionnelle, ont déclaré les scientifiques.
La percée suggère que les états quantiques corrigées par des erreurs pourraient être produits avec les mêmes outils utilisés pour fabriquer des puces informatiques conventionnelles – rapprochant du matériel quantique fiable à température ambiante à la réalité.
L’énigme de refroidissement Qubit
Ordinateurs quantiques Travaillez très différemment des machines classiques que nous utilisons aujourd’hui. Les ordinateurs classiques stockent des informations en bits binaires, représentés comme 1 ou 0. Systèmes quantiquesen attendant, utilisez des qubits qui peuvent exister dans un « superposition« des deux états. Cela leur permet de résoudre des calculs complexes en parallèle, et ils peuvent un jour effectuer bien au-delà de la portée des systèmes conventionnels.
Mais les qubits sont notoirement fragiles. Même les plus petites fluctuations de température, rayonnement électromagnétique ou le bruit environnemental peut perturber l’état d’un qubit et corrompre ses données.
Pour se prémunir, de nombreux systèmes quantiques fonctionnent à des températures proches de zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit ou moins 273,15 degrés Celsius) en utilisant des systèmes de refroidissement complexes pour maintenir la «cohérence» – la connexion quantique fragile à travers laquelle les qubits effectuent des calculs.
Bien que ce refroidissement aide à préserver les informations quantiques, elle rend également les ordinateurs quantiques encombrants, coûteux et peu pratiques à l’échelle. La solution de Xanadu cherche à résoudre ce problème en utilisant des photons – des particules de lumière qui ne nécessitent pas de refroidissement profond – pour construire des qubits qui fonctionnent sur des puces de silicium à température ambiante.
La démonstration du GKP de l’équipe relève un autre défi clé: Correction d’erreur quantique. La plupart des systèmes quantiques reposent aujourd’hui sur des groupements de qubits physiques multiples qui fonctionnent ensemble pour détecter et corriger les erreurs, appelées «qubit logique». Le qubit photonique de Xanadu le contourne en gérant la correction dans chaque qubit individuel, simplifiant le matériel et ouvrant la voie à des conceptions plus évolutives.
« Les états du GKP sont, en un sens, le qubit photonique optimal, car ils permettent des portes logiques et une correction d’erreur à température ambiante et en utilisant des opérations déterministes relativement simples », » Zachary Vernon, CTO du matériel à Xanadu, a déclaré dans un déclaration.
« Cette démonstration est une étape empirique importante montrant nos récents succès dans la réduction des pertes et l’amélioration des performances à travers la fabrication des puces, la conception des composants et l’efficacité du détecteur. »
Le résultat s’appuie sur les Xanadu Développement antérieur d’Auroraune plate-forme informatique quantique modulaire qui connecte plusieurs puces photoniques à l’aide de fibres optiques. Alors qu’Aurora a relevé le défi de la mise à l’échelle d’un réseau, cette nouvelle puce se concentre sur la rendez-vous à chaque qubit plus robuste – une exigence critique pour construire des systèmes tolérants aux pannes.
Les représentants de Xanadu ont déclaré que le prochain défi était de réduire la perte optique, ce qui se produit lorsque les photons sont dispersés ou absorbés lorsqu’ils voyagent à travers les composants de la puce.
