Des chercheurs de l'Université d'Oxford ont établi un nouveau record de vitesse pour les « portes logiques » qui constituent les éléments constitutifs de l'informatique quantique – une technologie qui pourrait transformer la façon dont nous traitons l'information.

Ordinateurs quantiques, qui fonctionnent selon les lois de la physique quantique, ont le potentiel de éclipser la puissance de traitement des ordinateurs classiques d'aujourd'hui. L'équipe d'Oxford utilise une technique d'ions piégés pour développer son ordinateur, dans lesquelles des portes logiques placent deux atomes chargés - contenant des informations sous forme de bits quantiques, ou qubits - dans un état d'intrication quantique. Décrit par Einstein comme « effrayant », l'intrication est au cœur de la technologie quantique et signifie que les propriétés des deux atomes restent liées, même lorsqu'ils sont séparés par de grandes distances.

L'étude, réalisée par des scientifiques du Centre de technologies de l'information quantique en réseau (NQIT) financé par le Conseil de recherche en génie et en sciences physiques (EPSRC), qui est dirigé par l'Université d'Oxford, est rapporté dans le journal La nature . La recherche s'appuie sur des travaux antérieurs dans lesquels l'équipe, dirigé par le professeur David Lucas et le professeur Andrew Steane du département de physique d'Oxford, a réalisé un record du monde pour la précision de la porte logique, atteindre la précision exigeante fixée par les modèles théoriques de l'informatique quantique.

Les auteurs principaux de l'article sont Vera Schäfer, doctorante à Oxford, et Dr Chris Ballance, chercheur au Magdalen College, Oxford. Vera Schäfer a déclaré :« L'informatique quantique conviendra parfaitement à des tâches telles que la factorisation de grands nombres ou la simulation de réactions complexes entre molécules pour aider au développement de médicaments.

«Des travaux antérieurs dans notre groupe ont produit des portes logiques quantiques avec une précision record. Nous avons ensuite commencé à travailler sur l'augmentation de la vitesse de ces portes sans compromettre leur précision, ce qui est délicat. Les ions piégés se déplacent comme un pendule pendant le fonctionnement de la porte, mais lorsque ce processus est accéléré, ils deviennent sensibles à un certain nombre de facteurs qui provoquent des erreurs.

« En utilisant une technique qui façonne précisément la force sur les ions de telle sorte que les performances de la grille deviennent robustes à ces facteurs, nous avons pu augmenter la vitesse d'un facteur 20 à 60 par rapport aux meilleures portes précédentes - 1,6 microsecondes de long, avec une précision de 99,8 %.

« Nous avons maintenant produit la plus haute fidélité et la porte la plus rapide, atteindre un point où nos portes sont en principe assez bonnes pour l'informatique quantique. La prochaine étape consiste à y réfléchir en termes pratiques et à travailler à l'extension de notre système pour créer un ordinateur quantique viable.

Le professeur Lucas a déclaré:"Les qubits à ions piégés ont longtemps été la pierre de touche de la précision dans le monde de l'informatique quantique, et ont également la fonctionnalité intéressante qu'ils s'interfacent naturellement aux photons pour les applications de mise en réseau. Mais un inconvénient était que les opérations d'enchevêtrement de base étaient toujours assez lentes. Dans notre dernière expérience, nous avons pu générer un enchevêtrement en des temps aussi courts que 480 nanosecondes, démontrant que la vitesse logique ne doit pas être limitée par l'échelle de temps naturelle du mouvement « pendulaire » des ions. »