Les ions Ytterbium piégés ont été utilisés comme l'un des systèmes quantiques de laboratoire les plus avancés pour cette étude. Les laboratoires de recherche du professeur Biercuk sont désormais situés dans le Sydney Nanoscience Hub, après six ans en tant que scientifique invité au National Measurement Institute. Crédit :Université de Sydney.
Des scientifiques de l'Université de Sydney ont démontré leur capacité à "voir" l'avenir des systèmes quantiques, et utilisé cette connaissance pour anticiper leur disparition, dans une réalisation majeure qui pourrait aider à rapprocher le monde étrange et puissant de la technologie quantique de la réalité.
Les applications des technologies quantiques sont convaincantes et démontrent déjà des impacts significatifs - en particulier dans le domaine de la détection et de la métrologie. Et le potentiel de construire des ordinateurs quantiques exceptionnellement puissants utilisant des bits quantiques, ou qubits, stimule les investissements des plus grandes entreprises mondiales.
Cependant, un obstacle important à la construction de technologies quantiques fiables a été la randomisation des systèmes quantiques par leurs environnements, ou décohérence, qui détruit effectivement le caractère quantique utile.
Les physiciens ont fait un saut quantique technique pour résoudre ce problème, utiliser des techniques issues du big data pour prédire comment les systèmes quantiques vont changer et empêcher ensuite la panne du système de se produire.
La recherche est publiée aujourd'hui dans Communication Nature .
« De la même manière que les composants individuels des téléphones portables finiront par tomber en panne, les systèmes quantiques aussi, " a déclaré l'auteur principal de l'article, le professeur Michael J. Biercuk.
"Mais en technologie quantique, la durée de vie est généralement mesurée en fractions de seconde, plutôt que des années."
Professeur Biercuk, de l'École de physique de l'Université de Sydney et chercheur en chef au Centre pour les systèmes quantiques d'ingénierie de l'Australian Research Council, a déclaré que son groupe avait démontré qu'il était possible de supprimer la décohérence de manière préventive. La clé était de développer une technique pour prédire comment le système se désintégrerait.
Le professeur Biercuk a souligné les défis de faire des prédictions dans un monde quantique :« Les humains utilisent régulièrement des techniques prédictives dans notre expérience quotidienne; par exemple, lorsque nous jouons au tennis, nous prédisons où la balle finira en fonction des observations de la balle en suspension, " il a dit.
Professeur de physique quantique et de technologie quantique à l'Université de Sydney Michael Biercuk. Crédit :Université de Sydney
"Cela fonctionne parce que les règles qui régissent la façon dont la balle se déplacera, comme la gravité, sont réguliers et connus. Mais que se passe-t-il si les règles changent au hasard pendant que la balle se dirige vers vous ? Dans ce cas, il est presque impossible de prédire le comportement futur de cette balle.
« Et pourtant, cette situation est exactement celle à laquelle nous avons dû faire face car la désintégration des systèmes quantiques est aléatoire. De plus, dans le royaume quantique, l'observation efface la quantification, notre équipe devait donc être capable de deviner comment et quand le système se briserait au hasard.
"Nous devions effectivement nous balancer sur la balle de tennis se déplaçant au hasard les yeux bandés."
L'équipe s'est tournée vers l'apprentissage automatique pour l'aider à empêcher ses systèmes quantiques - des qubits réalisés dans des atomes piégés - de se briser.
Ce qui pourrait ressembler à un comportement aléatoire contenait en fait suffisamment d'informations pour qu'un programme informatique puisse deviner comment le système allait changer à l'avenir. Il pourrait alors prédire l'avenir sans observation directe, qui autrement effacerait les caractéristiques utiles du système.
Les prédictions étaient remarquablement précises, permettant à l'équipe d'utiliser ses suppositions de manière préventive pour compenser les changements anticipés.
Faire cela en temps réel a permis à l'équipe d'empêcher la désintégration du caractère quantique, prolonger la durée de vie utile des qubits.
"Nous savons que la construction de véritables technologies quantiques nécessitera des avancées majeures dans notre capacité à contrôler et à stabiliser les qubits - pour les rendre utiles dans les applications, " a déclaré le professeur Biercuk.
Nos techniques s'appliquent à tout qubit, construit dans n'importe quelle technologie, y compris les circuits supraconducteurs spéciaux utilisés par les grandes entreprises.
« Nous sommes ravis de développer de nouvelles capacités qui transforment les systèmes quantiques de nouveautés en technologies utiles. L'avenir quantique s'améliore constamment, " a déclaré le professeur Biercuk.
