Contrairement aux particules classiques, les particules quantiques peuvent voyager dans une superposition quantique de différentes directions. Mile Gu, En collaboration avec des chercheurs de Griffith, ils ont exploité ce phénomène pour concevoir des dispositifs quantiques capables de générer une superposition quantique de tous les futurs possibles. Crédit :NTU, Singapour.
Dans le film 2018 Avengers :guerre à l'infini , une scène montrait le Dr Strange examinant 14 millions de futurs possibles pour rechercher une chronologie unique dans laquelle les héros seraient victorieux. Peut-être aurait-il eu plus de facilité avec l'aide d'un ordinateur quantique. Une équipe de chercheurs de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) et l'Université Griffith en Australie ont construit un prototype de dispositif quantique qui peut générer tous les futurs possibles dans une superposition quantique simultanée.
"Quand on pense à l'avenir, nous sommes confrontés à un vaste éventail de possibilités, " explique le professeur adjoint Mile Gu de NTU Singapour, qui a dirigé le développement de l'algorithme quantique qui sous-tend le prototype "Ces possibilités croissent de façon exponentielle à mesure que nous nous approchons de l'avenir. Par exemple, même si nous n'avons que deux possibilités à choisir chaque minute, en moins d'une demi-heure, il y a 14 millions de futurs possibles. En moins d'une journée, le nombre dépasse le nombre d'atomes dans l'univers. » Ce que lui et son groupe de recherche ont réalisé, cependant, était qu'un ordinateur quantique peut examiner tous les futurs possibles en les plaçant dans une superposition quantique - semblable au célèbre chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort.
Pour réaliser ce schéma, ils ont uni leurs forces avec le groupe expérimental dirigé par le professeur Geoff Pryde à l'Université Griffith. Ensemble, l'équipe a mis en œuvre un processeur d'informations quantiques photoniques spécialement conçu dans lequel les résultats potentiels futurs d'un processus de décision sont représentés par les emplacements des photons - des particules quantiques de lumière. Ils ont ensuite démontré que l'état du dispositif quantique était une superposition de multiples futurs potentiels, pondérés par leur probabilité d'occurrence.
Une image du dispositif expérimental utilisé pour l'expérience. Crédit :Université Griffith
"Le fonctionnement de cet appareil est inspiré du prix Nobel Richard Feynman, " dit le Dr Jayne Thompson, membre de l'équipe de Singapour. "Quand Feynman a commencé à étudier la physique quantique, il s'est rendu compte que lorsqu'une particule se déplace d'un point A à un point B, il ne suit pas nécessairement un chemin unique. Au lieu, il traverse simultanément tous les chemins possibles reliant les points. Nos travaux étendent ce phénomène et l'exploitent pour modéliser des futurs statistiques."
La machine a déjà fait la démonstration d'une application :mesurer à quel point notre préférence pour un choix spécifique dans le présent a un impact sur l'avenir. "Notre approche consiste à synthétiser une superposition quantique de tous les futurs possibles pour chaque biais." explique Farzad Ghafari, membre de l'équipe expérimentale, "En interférant entre ces superpositions, nous pouvons complètement éviter de regarder individuellement chaque futur possible. En réalité, de nombreux algorithmes d'intelligence artificielle (IA) actuels apprennent en voyant comment de petits changements dans leur comportement peuvent conduire à différents résultats futurs, nos techniques peuvent donc permettre aux IA améliorées quantiques d'apprendre l'effet de leurs actions beaucoup plus efficacement. »
L'équipe note alors que leur prototype actuel simule au plus 16 futurs simultanément, l'algorithme quantique sous-jacent peut en principe évoluer sans limite. "C'est ce qui rend le domaine si passionnant, " dit Pryde. " Cela rappelle beaucoup les ordinateurs classiques des années 1960. Tout comme peu pouvaient imaginer les nombreuses utilisations des ordinateurs classiques dans les années 1960, nous ne savons toujours pas ce que les ordinateurs quantiques peuvent faire. Chaque découverte d'une nouvelle application donne un nouvel élan à leur développement technologique."
Le travail est présenté dans un article à paraître dans la revue Communication Nature .
