Les ordinateurs quantiques utilisent les principes fondamentaux de la mécanique quantique pour potentiellement accélérer le processus de résolution de calculs complexes. Supposons que vous deviez effectuer la tâche de rechercher un numéro spécifique dans un annuaire téléphonique. Un ordinateur classique recherchera chaque ligne de l'annuaire téléphonique jusqu'à ce qu'il trouve une correspondance. Un ordinateur quantique pourrait effectuer une recherche dans tout l'annuaire téléphonique en même temps en évaluant chaque ligne simultanément et renvoyer un résultat beaucoup plus rapidement.

La différence de vitesse est due à l'unité de base de l'ordinateur pour le traitement des informations. Dans un ordinateur classique, cette unité de base s'appelle un peu, une impulsion électrique ou optique qui représente 0 ou 1. L'unité de base d'un ordinateur quantique est un qubit, qui peut représenter de nombreuses combinaisons de valeurs de 0 et 1 en même temps. C'est cette caractéristique qui peut permettre aux ordinateurs quantiques d'accélérer les calculs. L'inconvénient des qubits est qu'ils existent dans un état quantique fragile qui est vulnérable au bruit environnemental, comme les changements de température. Par conséquent, générer et gérer des qubits dans un environnement contrôlé pose des défis importants pour les chercheurs.

Galan Moody, ingénieur de l'UC Santa Barbara, professeur assistant en génie électrique et informatique, a proposé une solution pour surmonter la faible efficacité et les performances des prototypes d'informatique quantique existants qui utilisent la lumière pour coder et traiter l'information. Les systèmes optiques sont attrayants car ils relient naturellement l'informatique quantique et la mise en réseau dans le même cadre physique. Cependant, la technologie existante nécessite encore des opérations optiques hors puce, qui réduisent considérablement l'efficacité, performances et évolutivité. Dans son projet, "Photonique hétérogène III-V/silicium pour tout-sur-puce :calcul quantique optique linéaire, " Moody vise à créer une plate-forme d'informatique quantique optique dans laquelle tous les composants essentiels sont intégrés sur une seule puce semi-conductrice.

"Les circuits électroniques intégrés ont permis des avancées révolutionnaires dans l'informatique classique. Notre objectif est de créer des circuits photoniques intégrés qui ont le même impact sur l'informatique quantique, " dit Maugrey, qui a rejoint le College of Engineering de l'UCSB cet automne après avoir passé six ans au National Institute of Standards and Technology en tant que boursier postdoctoral et chercheur. "Cela pourrait conduire à une amélioration spectaculaire de l'efficacité et de la vitesse de traitement et permettre des méthodes entièrement nouvelles de traitement et de transmission d'informations à l'aide de la lumière."

Le projet de recherche de Moody's a maintenant reçu une impulsion significative de l'US Air Force. Il est l'un des 40 scientifiques en début de carrière sélectionnés pour un prix du jeune chercheur 2019 de l'Air Force Office of Scientific Research. Les gagnants reçoivent 450 $, 000 sur trois ans pour soutenir leur travail. Le programme est destiné à favoriser la recherche par de jeunes scientifiques qui soutient la mission de l'Air Force pour contrôler et maximiser l'utilisation de l'air, l'espace et le cyberespace, ainsi que les défis connexes en science et en ingénierie.

"C'est un honneur de faire partie de ce groupe de lauréats talentueux, et je suis reconnaissant d'avoir été sélectionné, " a déclaré Moody. " Ce prix permettra à mon groupe de recherche d'avoir un impact plus significatif sur le paysage passionnant et en évolution rapide de l'information quantique. "

Afin de développer un tout électrique, plateforme photonique quantique tout sur puce, Moody propose d'intégrer trois technologies qui ont été développées pour différentes plates-formes et applications. Les composants sont des sources de photons uniques à points quantiques à commande électrique, photonique à base de silicium pour les opérations optiques, et des détecteurs supraconducteurs à photon unique à nanofils.

"Nous utiliserons la modélisation physique pour guider la conception et la fabrication de l'appareil, " a-t-il déclaré. " La spectroscopie optique quantique nous donnera un aperçu des propriétés des matériaux et des sources de bruit, et les interféromètres optiques sur puce permettront des mesures nous permettant d'améliorer la pureté des matériaux, surveiller la source lumineuse et effectuer des calculs. Finalement, nous voulons mieux comprendre et exploiter tous les avantages que la mécanique quantique peut offrir pour l'informatique et la mise en réseau. »

Selon Moody, la nouvelle technologie pourrait également avoir des effets transformateurs dans des domaines tels que les sources de lumière quantique clés en main pour des communications sécurisées, et pour réduire la taille, le poids et la consommation d'énergie des dispositifs photoniques classiques tels que les lasers et les LED.