Les physiciens quantiques de l'Université du Sussex ont créé un algorithme qui accélère le rythme des calculs dans les premiers ordinateurs quantiques actuellement en cours de développement. Ils ont créé une nouvelle façon d'acheminer les ions - ou atomes chargés - autour de l'ordinateur quantique pour augmenter l'efficacité des calculs.

L'équipe de Sussex a montré comment les calculs dans un tel ordinateur quantique peuvent être effectués plus efficacement, en utilisant leur nouvel 'algorithme de routage'. Leur article "Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer" est publié dans la revue Technologies quantiques avancées .

L'équipe travaillant sur ce projet était dirigée par le professeur Winfried Hensinger et comprenait Mark Webber, Dr Steven Herbert et Dr Sebastian Weidt. Les scientifiques ont créé un nouvel algorithme qui régule le trafic au sein de l'ordinateur quantique tout comme la gestion du trafic dans une ville animée. Dans la conception à ions piégés, les qubits peuvent être physiquement transportés sur de longues distances, afin qu'ils puissent facilement interagir avec d'autres qubits. Leur nouvel algorithme signifie que les données peuvent circuler à travers l'ordinateur quantique sans aucun « embouteillage ». Cela donne à son tour naissance à un ordinateur quantique plus puissant.

Les ordinateurs quantiques devraient être capables de résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs classiques. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques (qubits) pour traiter les informations d'une manière nouvelle et puissante. L'architecture d'ordinateur quantique particulière que l'équipe a analysée en premier est un ordinateur quantique à « ions piégés », constitué de micropuces de silicium avec des atomes chargés individuels, ou des ions, en lévitation au-dessus de la surface de la puce. Ces ions sont utilisés pour stocker des données, où chaque ion contient un bit quantique d'information. Exécuter des calculs sur un tel ordinateur quantique implique de déplacer des ions, similaire à jouer à un jeu de Pacman, et plus les données (les ions) peuvent être déplacées rapidement et efficacement, plus l'ordinateur quantique sera puissant.

Dans la course mondiale à la construction d'un ordinateur quantique à grande échelle, il existe deux méthodes principales, des dispositifs « supraconducteurs » sur lesquels se concentrent des groupes comme IBM et Google, et les dispositifs à « ions piégés » qui sont utilisés par le groupe Ion Quantum Technology de l'Université du Sussex, et la nouvelle société Universal Quantum, entre autres.

Les ordinateurs quantiques supraconducteurs ont des qubits stationnaires qui ne sont généralement capables d'interagir qu'avec des qubits situés immédiatement les uns à côté des autres. Les calculs impliquant des qubits distants sont effectués en communiquant via une chaîne de qubits adjacents, un processus similaire au jeu téléphonique (également appelé « Chinese Whispers »), où l'information est chuchotée d'une personne à une autre le long d'une file de personnes. De la même manière que dans le jeu téléphonique, plus la chaîne est longue, plus les informations ont tendance à être corrompues. En effet, les chercheurs ont découvert que ce processus limiterait la puissance de calcul des ordinateurs quantiques supraconducteurs.

En revanche, en déployant leur nouvel algorithme de routage pour leur architecture à ions piégés, les scientifiques du Sussex ont découvert que leur approche de l'informatique quantique peut atteindre un niveau impressionnant de puissance de calcul. "Quantum Volume" est une nouvelle référence qui est utilisée pour comparer la puissance de calcul des ordinateurs quantiques à court terme. Ils ont pu utiliser Quantum Volume pour comparer leur architecture à un modèle de qubits supraconducteurs, où ils ont supposé des niveaux d'erreurs similaires pour les deux approches. Ils ont constaté que l'approche des ions piégés fonctionnait toujours mieux que l'approche des qubits supraconducteurs, parce que leur algorithme de routage permet essentiellement aux qubits d'interagir directement avec beaucoup plus de qubits, ce qui à son tour donne lieu à une puissance de calcul attendue plus élevée.

Marc Webber, doctorant au Sussex Center for Quantum technologies, à l'Université du Sussex, mentionné, "Nous pouvons maintenant prédire la puissance de calcul des ordinateurs quantiques que nous construisons. Notre étude indique un avantage fondamental pour les dispositifs à ions piégés, et le nouvel algorithme de routage nous permettra de maximiser les performances des premiers ordinateurs quantiques."

Professeur Hensinger, Le directeur du Sussex Center for Quantum Technologies de l'Université du Sussex a commenté :"En effet, ce travail est un autre tremplin vers la construction d'ordinateurs quantiques pratiques capables de résoudre des problèmes du monde réel. »

Le professeur Winfried Hensinger et le Dr Sebastian Weidt ont récemment lancé leur entreprise dérivée Universal Quantum qui vise à construire le premier ordinateur quantique à grande échelle au monde. Il a attiré le soutien de certains des investisseurs technologiques les plus puissants au monde. L'équipe a été la première à publier un plan détaillé sur la façon de construire un ordinateur quantique à ions piégés à grande échelle en 2017.