Le monde quantique est fragile; des codes de correction d'erreurs sont nécessaires pour protéger les informations stockées dans un objet quantique contre les effets de détérioration du bruit. Les physiciens quantiques d'Innsbruck ont ​​développé un protocole pour transmettre des informations quantiques entre des blocs de construction codés différemment d'un futur ordinateur quantique, tels que les processeurs et les mémoires. Les scientifiques pourraient utiliser ce protocole à l'avenir pour construire un bus de données pour les ordinateurs quantiques. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue Communication Nature .

Les futurs ordinateurs quantiques seront capables de résoudre des problèmes là où les ordinateurs conventionnels échouent aujourd'hui. Nous sommes encore loin de toute mise en œuvre à grande échelle, cependant, car les systèmes quantiques sont très sensibles au bruit environnemental. Bien que les systèmes puissent en principe être protégés du bruit, les chercheurs n'ont pu construire expérimentalement que de petits prototypes d'ordinateurs quantiques.

Une façon de réduire le taux d'erreur consiste à encoder l'information quantique non pas dans une seule particule quantique mais dans plusieurs objets quantiques. Ces bits ou qubits quantiques logiques sont plus robustes contre le bruit. Dans les dernières années, les physiciens théoriciens ont développé toute une gamme de codes de correction d'erreurs et les ont optimisés pour des tâches spécifiques. Les physiciens Hendrik Poulsen Nautrup et Hans Briegel de l'Institut de physique théorique de l'Université d'Innsbruck et Nicolai Friis, maintenant à l'Institut d'optique quantique et d'information quantique à Vienne, ont trouvé une technique pour transférer des informations quantiques entre des systèmes codés différemment.

Interface entre le processeur et la mémoire

Semblable aux ordinateurs classiques, les futurs ordinateurs quantiques pourraient être construits avec différents composants. Les scientifiques ont déjà construit expérimentalement des processeurs et des mémoires quantiques à petite échelle, et ils ont utilisé différents protocoles pour coder les qubits logiques :par exemple, pour les processeurs quantiques, ils utilisent des codes de couleur et pour les mémoires quantiques, des codes de surface. "Pour que les deux systèmes interagissent l'un avec l'autre de manière quantique, nous devons les connecter, " explique le doctorant Hendrik Poulsen Nautrup. " Nous avons développé un protocole qui nous permet de fusionner des systèmes quantiques qui sont encodés différemment. " Les scientifiques suggèrent de modifier localement des éléments spécifiques des bits quantiques encodés. Ce processus est également appelé chirurgie en treillis, qui est utilisé pour coupler des systèmes tels que des processeurs quantiques et des mémoires. Une fois que les systèmes sont temporairement "cousus" ensemble, les informations quantiques peuvent être téléportées du processeur vers la mémoire et vice versa. "Semblable à un bus de données dans un ordinateur conventionnel, les scientifiques peuvent utiliser cette technique pour connecter les composants d'un ordinateur quantique, " explique Poulsen Nautrup.

Ce nouveau schéma est une autre étape vers la construction d'un ordinateur quantique universel et la recherche pour la réalisation expérimentale est en cours. La recherche a été menée dans le cadre du programme doctoral Atomes, Léger, et Molécules offert à l'Université d'Innsbruck et a été financé par le Fonds autrichien pour la science et la Templeton World Charity Foundation.