Les scientifiques de Caltech ont mené une expérience record dans laquelle ils ont synchronisé 6 100 atomes dans un réseau quantique. Cette recherche pourrait conduire à des ordinateurs quantiques plus robustes et tolérants aux pannes.
Dans l’expérience, ils ont utilisé des atomes neutres appariés comme bits quantiques (Qubits) dans un système et les a maintenus dans un état de «superposition» pour effectuer des calculs quantiques. Pour y parvenir, les scientifiques ont divisé un faisceau laser en 12 000 « pincettes laser » qui contenaient ensemble les 6 100 Qubits.
Comme décrit dans une nouvelle étude publiée le 24 septembre dans la revue Natureles scientifiques ont non seulement établi un nouveau record pour le nombre de qubits atomiques placés dans un seul tableau, ils ont également étendu la longueur de la cohérence de la « superposition ». C’est le temps qu’un atome est disponible pour les calculs ou la vérification des erreurs dans un ordinateur quantique – et ils ont augmenté cette durée de quelques secondes à 12,6.
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L’étude représente une étape importante vers une grande échelle Ordinateurs quantiques capables d’exploits technologiques bien au-delà de ceux d’aujourd’hui Supercomputeurs les plus rapidesont déclaré les scientifiques dans l’étude. Ils ont ajouté que cette recherche représente une étape clé dans le développement d’ordinateurs quantiques qui utilisent une architecture à l’atome neutre.
Ce type de qubit est avantageux car il peut fonctionner à température ambiante. Le type de qubits le plus courant, fabriqué à partir de métaux supraconducteurs, a besoin d’un équipement coûteux et lourd pour refroidir le système à des températures proches de zéro absolu.
La route vers l’avantage quantique
C’est largement cru que le développement d’ordinateurs quantiques utiles exigera des systèmes avec des millions de qubits. C’est parce que chaque qubit fonctionnel a besoin de plusieurs Qubits corrigés par erreur pour fournir une tolérance aux défauts.
Les qubits sont intrinsèquement «bruyants» et ont tendance à décrocher facilement face à des facteurs externes. Lorsque les données sont transférées via un circuit quantique, cette décohérence les déforme, ce qui rend les données potentiellement inutilisables. Pour contrer ce bruit, les scientifiques doivent développer des techniques de tolérance aux failles en tandem avec des méthodes d’expansion du qubit. C’est la raison pour laquelle une énorme quantité de recherches est jusqu’à présent entrée Correction d’erreur quantique (Qec).
De nombreux systèmes d’aujourd’hui sont considérés comme fonctionnels, mais la plupart ne respecteraient pas un seuil minimum pour l’utilité par rapport à un supercalculateur. Ordinateurs quantiques construits par Ibm, Google et Microsoftpar exemple, ont surperformé avec succès les ordinateurs classiques et démontré ce qui est souvent appelé «avantage quantique».
Mais cet avantage a été largement limité aux problèmes de calcul sur mesure conçus pour présenter les capacités d’une architecture spécifique – pas des problèmes pratiques. Les scientifiques espèrent que les ordinateurs quantiques deviendront plus utiles car ils évoluent en taille et que les erreurs qui se produisent dans les qubits sont mieux gérées.
« C’est un moment passionnant pour l’informatique quantique à atomes neutres », a déclaré l’auteur principal Manuel enddresprofesseur de physique à Caltech et chercheur principal sur la recherche, dans un déclaration. « Nous pouvons maintenant voir une voie vers de grands ordinateurs quantiques corrigés par des erreurs. Les blocs de construction sont en place. »
Les techniques utilisées sont plus notables que la taille du réseau de qubit pour rendre le système évolutif, ont déclaré les chercheurs dans l’étude. Ils ont affiné les efforts précédents pour apporter des améliorations d’environ 10 fois dans des domaines clés tels que la cohérence, la superposition et la taille du tableau. Par rapport aux efforts précédents, ils sont passés de centaines de qubits dans un seul tableau à plus de 6 000 tout en maintenant une précision de 99,98%.
Ils ont également montré une nouvelle technique pour « fermer » le tableau en déplaçant les atomes des centaines de micromètres à travers le tableau sans perdre de superposition. Il est possible qu’avec un développement ultérieur, l’utilisation de la navette puisse fournir une nouvelle dimension de correction des erreurs instantanée, ont-ils déclaré.
Les prochaines étapes de l’équipe consistent à relier les atomes dans le tableau via un état de mécanique quantique appelée enchevêtrement, ce qui entraînerait des calculs quantiques complets. Les scientifiques espèrent exploiter l’enchevêtrement pour développer des méthodes de tolérance aux pannes plus fortes avec une correction d’erreur encore plus précise, ont-ils ajouté. Ces techniques pourraient s’avérer cruciales pour atteindre le prochain jalon sur la voie des ordinateurs quantiques utiles et tolérants aux pannes.
