Les physiciens de Yale ont développé un chat correcteur d'erreurs, un nouvel appareil qui combine le concept de superposition du chat de Schrödinger (un système physique existant dans deux états à la fois) avec la capacité de corriger certaines des erreurs les plus délicates d'un calcul quantique.

Il s'agit de la dernière percée de Yale dans l'effort pour maîtriser et manipuler la physique nécessaire à un ordinateur quantique utile :corriger le flux d'erreurs qui surgissent parmi les fragments fragiles d'informations quantiques, appelés qubits, lors de l'exécution d'une tâche.

Une nouvelle étude rendant compte de la découverte apparaît dans le journal La nature . L'auteur principal est Michel Devoret, Professeur F.W. Beinecke de Yale de physique appliquée et de physique. Les co-premiers auteurs de l'étude sont Alexander Grimm, un ancien associé postdoctoral dans le laboratoire de Devoret qui est maintenant un chercheur tenure track à l'Institut Paul Scherrer en Suisse, et Nicolas Frattini, un étudiant diplômé du laboratoire de Devoret.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de transformer un éventail d'industries, des produits pharmaceutiques aux services financiers, en permettant des calculs d'ordres de grandeur plus rapides que les supercalculateurs d'aujourd'hui.

Yale—dirigé par Devoret, Robert Schoelkopf, et Steven Girvin – continue de s'appuyer sur deux décennies de recherche quantique révolutionnaire. L'approche de Yale pour construire un ordinateur quantique est appelée "circuit QED" et utilise des particules de lumière micro-ondes (photons) dans un résonateur supraconducteur à micro-ondes.

Dans un ordinateur traditionnel, les informations sont codées en 0 ou en 1. Les seules erreurs qui surviennent pendant les calculs sont les "bit-flips, " lorsqu'un bit d'information passe accidentellement de 0 à 1 ou vice versa. Le moyen de le corriger est de créer une redondance :en utilisant trois bits d'information "physiques" pour garantir un bit "efficace" ou précis.

En revanche, Les bits d'information quantique (qubits) sont sujets à la fois à des basculements de bits et à des « basculements de phase, " dans lequel un qubit bascule aléatoirement entre les superpositions quantiques (lorsque deux états opposés existent simultanément).

Jusqu'à maintenant, les chercheurs quantiques ont essayé de corriger les erreurs en ajoutant une plus grande redondance, nécessitant une abondance de qubits physiques pour chaque qubit effectif.

Entrez le qubit du chat, du nom du chat de Schrödinger, le fameux paradoxe utilisé pour illustrer le concept de superposition.

L'idée est qu'un chat est placé dans une boîte scellée avec une source radioactive et un poison qui sera déclenché si un atome de la substance radioactive se désintègre. La théorie de la superposition de la physique quantique suggère que jusqu'à ce que quelqu'un ouvre la boîte, le chat est à la fois vivant et mort, une superposition d'états. Ouvrir la boîte pour observer le chat le fait changer brusquement d'état quantique de manière aléatoire, le forçant à être vivant ou mort.

« Notre travail découle d'une nouvelle idée. Pourquoi ne pas utiliser un moyen intelligent d'encoder des informations dans un seul système physique afin qu'un type d'erreur soit directement supprimé ? » demanda Dévoret.

Contrairement aux multiples qubits physiques nécessaires pour maintenir un qubit efficace, un seul qubit cat peut empêcher les inversions de phase tout seul. Le qubit cat code un qubit effectif en superpositions de deux états au sein d'un même circuit électronique, dans ce cas un résonateur micro-onde supraconducteur dont les oscillations correspondent aux deux états du qubit cat.

"Nous réalisons tout cela en appliquant des signaux de fréquence micro-ondes à un dispositif qui n'est pas beaucoup plus compliqué qu'un qubit supraconducteur traditionnel, " dit Grimm.

Les chercheurs ont déclaré qu'ils sont capables de changer leur qubit de chat de n'importe lequel de ses états de superposition à n'importe quel autre état de superposition, sur commande. En outre, les chercheurs ont développé une nouvelle façon de lire - ou d'identifier - les informations codées dans le qubit.

"Cela fait du système que nous avons développé un nouvel élément polyvalent qui, espérons-le, trouvera son utilisation dans de nombreux aspects du calcul quantique avec des circuits supraconducteurs, " dit Devoret.