Une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Winfried Hensinger de l'Université du Sussex, ont fait une percée majeure concernant l'un des plus grands problèmes de l'informatique quantique :comment réduire les effets perturbateurs du « bruit » environnemental sur la fonction hautement sensible d'un ordinateur quantique à grande échelle.

Dans le monde réel, les développements technologiques doivent fonctionner dans des conditions imparfaites; ce qui peut être testé avec succès dans un laboratoire hautement contrôlé peut échouer lorsqu'il est présenté avec des facteurs environnementaux réalistes, tels que les fluctuations de tension d'un composant électronique ou les champs électromagnétiques parasites émis par les équipements électroniques de tous les jours.

Le Ion Quantum Technology Group de l'Université du Sussex a réussi à réduire considérablement les effets d'un tel "bruit" environnemental affectant les ordinateurs quantiques à ions piégés, rapportant leurs conclusions dans un article qui a aujourd'hui, Jeudi 1er novembre 2018, été publié dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique . Cela signifie que l'équipe fait un pas de plus vers la construction d'un ordinateur quantique à grande échelle capable de résoudre des problèmes difficiles du monde réel.

Les ordinateurs quantiques à petite échelle qui existent actuellement ne contiennent qu'une poignée de bits quantiques - des composants d'ordinateurs quantiques qui stockent des informations et peuvent exister dans plusieurs états, également appelés qubits. En tant que tel, les ordinateurs quantiques actuels sont suffisamment petits pour fonctionner dans un environnement hautement contrôlé à l'intérieur d'un laboratoire spécialisé. Cependant, de telles machines n'ont pas la puissance de traitement requise pour résoudre des problèmes complexes en raison du nombre limité de qubits.

Une fois construit, les ordinateurs quantiques à grande échelle seront capables de résoudre certains problèmes qui prendraient des milliards d'années à calculer même aux super-ordinateurs les plus rapides. Afin de créer un ordinateur quantique capable de résoudre de tels problèmes, les scientifiques devront augmenter le nombre de qubits, qui à son tour augmentera la taille de l'ordinateur quantique. Le problème est que plus on ajoute de qubits, plus il devient difficile d'isoler l'ordinateur de tout « bruit » réaliste qui perturberait les processus informatiques.

L'équipe de physiciens de l'Université du Sussex de Hensinger a réalisé une percée en informatique quantique capable d'atténuer certains de ces problèmes. Ils ont collaboré avec le théoricien Dr. Florian Mintert et des collègues de l'Imperial College de Londres, qui a proposé une théorie sur la façon dont on pourrait résoudre ce problème en manipulant les étranges effets quantiques utilisés à l'intérieur d'un ordinateur quantique. La théorie permet, en utilisant les propriétés étranges de la physique quantique, l'exécution de calculs quantiques de telle manière que les changements dans les paramètres opérationnels initiaux de la machine n'entraînent pas de changement substantiel dans le résultat final du calcul. Cela aide à son tour à isoler l'ordinateur quantique des effets du « bruit » environnemental.

Dr Sébastien Weidt, scientifique senior au sein du Sussex Ion Quantum Technology Group, explique l'importance :« La réalisation de cette technique peut avoir un impact profond sur la capacité de développer des ordinateurs quantiques commerciaux à piège à ions au-delà de l'utilisation dans un laboratoire universitaire. »

L'équipe de Sussex s'est mise au travail pour voir s'ils pouvaient réellement mettre en œuvre cette théorie. Ils ont utilisé des signaux radiofréquences et micro-ondes complexes capables de manipuler les effets quantiques inhérents aux atomes chargés individuels (ions), pour le démontrer par des expériences pratiques. Leur mise en œuvre est basée sur la technologie des micro-ondes, comme celle présente dans les téléphones portables. Après des mois de travail intensif en laboratoire, les scientifiques du Sussex ont réussi à faire de cette nouvelle méthode une réalité, démontrant expérimentalement ses capacités à réduire considérablement l'effet du "bruit" sur un ordinateur quantique à ions piégés.

Professeur Hensinger, Le directeur du Ion Quantum Technology Group de l'Université du Sussex, qui a dévoilé l'année dernière le premier plan d'un ordinateur quantique à grande échelle, a déclaré :« Avec cette avancée, nous avons fait un autre pas pratique vers la construction d'ordinateurs quantiques pouvant héberger des millions de qubits. De telles machines sont capables de résoudre certains problèmes que même le superordinateur le plus rapide peut prendre des milliards d'années à calculer et être d'une grande utilité pour l'humanité ; elles peuvent être en mesure de nous aider à créer de nouveaux produits pharmaceutiques ; à trouver de nouveaux remèdes contre les maladies, comme la démence; créer des outils puissants pour le secteur financier ; profiter à l'agriculture, grâce à une production d'engrais plus efficace, parmi de nombreuses autres applications. Nous commençons seulement à comprendre l'énorme potentiel de ces machines."

Le groupe de Hensinger utilise maintenant cette nouvelle technique pour mettre la touche finale à un puissant prototype d'ordinateur quantique qui se trouve actuellement dans son laboratoire de l'Université du Sussex.

Hensinger déclare :« Il est maintenant temps de traduire les réalisations académiques en construction de machines pratiques. Nous sommes dans une position fantastique pour le faire à Sussex et mon équipe travaille 24 heures sur 24 pour faire de l'informatique quantique à grande échelle une réalité future.