Le circuit quantique. Différentes couches correspondent à différentes tolérances d'erreur, avec la couche inférieure ayant la plus petite tolérance d'erreur. Crédit : auteurs/lettres d'examen physique
Circuits quantiques, les blocs de construction des ordinateurs quantiques, utiliser des effets de mécanique quantique pour effectuer des tâches. Ils sont beaucoup plus rapides et précis que les circuits classiques que l'on trouve aujourd'hui dans les appareils électroniques. En réalité, cependant, aucun circuit quantique n'est totalement exempt d'erreurs. Maximiser l'efficacité d'un circuit quantique est d'un grand intérêt pour les scientifiques du monde entier.
Des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc) ont maintenant abordé ce problème en utilisant un analogue mathématique. Ils ont conçu un algorithme pour compter explicitement le nombre de ressources de calcul nécessaires, et optimisé pour obtenir une efficacité maximale.
"Nous avons pu [théoriquement] construire le circuit le plus efficace et réduire la quantité de ressources nécessaires par un facteur énorme, " dit Aninda Sinha, Professeur agrégé au Centre de physique des hautes énergies, IISc, et auteur correspondant de l'article publié dans Lettres d'examen physique . Les chercheurs suggèrent également qu'il s'agit de l'efficacité maximale possible pour un circuit quantique.
L'optimisation de l'efficacité des circuits quantiques est utile dans divers domaines, notamment l'informatique quantique. Non seulement les ordinateurs quantiques donneront des résultats plus rapides et plus précis que les ordinateurs classiques, ils seront également plus sécurisés - ils ne peuvent pas être piratés, ce qui les rend utiles pour la protection contre la fraude bancaire numérique, les atteintes à la sécurité et le vol de données. Ils peuvent également être utilisés pour s'attaquer à des tâches complexes telles que l'optimisation des problèmes de transport et la simulation du marché financier.
Les circuits classiques sont constitués de portes logiques universelles (telles que les portes NAND et NOR), dont chacun effectue des opérations prédéfinies sur l'entrée pour produire une sortie.
« Par analogie, il existe des portes quantiques universelles pour faire des circuits quantiques. En réalité, les portes ne sont pas efficaces à 100 % ; il y a toujours une erreur associée à la sortie de chaque porte. Et cette erreur ne peut pas être supprimée ; il continue simplement à ajouter pour chaque porte utilisée dans le circuit, " dit Pratik Nandy, Le doctorat de Sinha. étudiant et co-auteur de l'article.
Le circuit le plus efficace ne minimise pas l'erreur de sortie; il minimise plutôt les ressources nécessaires pour obtenir ce même résultat. « Donc, la question se résume à :étant donné une tolérance d'erreur nette, quel est le nombre minimum de portes nécessaires pour construire un circuit quantique ?", explique Nandy.
En 2006, une étude dirigée par Michael Nielsen, un ancien membre du corps professoral de l'Université du Queensland, a montré que compter le nombre de portes pour obtenir une efficacité maximale équivaut à trouver le chemin avec la distance la plus courte entre deux points dans un espace mathématique de volume V. Une étude distincte de 2016 a fait valoir que ce nombre devrait varier directement avec V.
"Nous sommes revenus au travail original de Nielsen et il s'avère que son comptage de portes ne vous donne pas une variation avec V, il varie plutôt avec V 2 , " dit Sinha. Lui et son équipe ont généralisé les hypothèses de cette étude et ont introduit quelques modifications pour résoudre le problème d'optimisation. " Nos calculs ont révélé que le nombre minimum de portes varie en effet directement avec le volume, " il dit.
Étonnamment, leurs résultats semblent également lier le problème d'optimisation de l'efficacité à la théorie des cordes, une idée célèbre qui essaie de combiner la gravité et la physique quantique pour expliquer le fonctionnement de l'univers. Sinha et son équipe pensent que ce lien peut s'avérer déterminant pour aider les scientifiques à interpréter les théories impliquant la gravité. Ils visent également à développer des méthodes décrivant un ensemble de circuits quantiques pour calculer certaines quantités expérimentales qui ne peuvent être théoriquement simulées à l'aide des méthodes existantes.
