L'un des principaux obstacles auxquels sont confrontés les concepteurs d'ordinateurs quantiques - la correction des erreurs qui se glissent dans les calculs d'un processeur - pourrait être surmonté grâce à une nouvelle approche des physiciens du National Institute of Standards and Technology (NIST), l'Université du Maryland et le California Institute of Technology, qui a peut-être trouvé un moyen de concevoir des commutateurs de mémoire quantique qui s'auto-corrigeraient.

L'article théorique de l'équipe, qui paraît aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique , suggère un chemin plus facile pour créer des bits quantiques stables, ou qubits, qui sont normalement sujets à des perturbations et des erreurs environnementales. Trouver des méthodes pour corriger ces erreurs est un enjeu majeur dans le développement de l'informatique quantique, mais l'approche de l'équipe de recherche en matière de conception de qubits pourrait contourner le problème.

"La correction d'erreurs complique une situation déjà compliquée. Cela nécessite généralement que vous intégriez des qubits supplémentaires et que vous fassiez des mesures supplémentaires pour trouver les erreurs, tout cela entraîne généralement une surcharge matérielle importante, " a déclaré le premier auteur Simon Lieu, qui travaille au Joint Quantum Institute (JQI) et au Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS), les deux collaborations entre le NIST et l'Université du Maryland. "Notre système est passif et autonome. Il fait tout ce travail supplémentaire automatiquement."

Les concepteurs expérimentent de nombreuses approches pour créer des qubits. Une architecture prometteuse est appelée résonateur à cavité photonique. Dans son petit volume, plusieurs photons peuvent être amenés à rebondir entre les parois réfléchissantes de la cavité. Les photons, manifestant leurs propriétés ondulatoires dans la cavité, se combinent pour former des motifs d'interférence semblables à des ondulations. Les modèles eux-mêmes contiennent les informations du qubit. C'est un arrangement délicat qui, comme des ondulations à la surface d'un étang, a tendance à se dissiper rapidement.

Il est également facilement perturbé. Travailler, qubits ont besoin de paix et de tranquillité. Le bruit de l'environnement, tel que la chaleur ou les champs magnétiques émis par d'autres composants à proximité, peut perturber le modèle d'interférence et ruiner le calcul.

Plutôt que de construire un système élaboré pour détecter, mesurer et compenser le bruit et les erreurs, les membres de l'équipe ont perçu que si l'apport de photons dans la cavité est constamment renouvelé, les informations quantiques du qubit peuvent supporter certaines quantités et types de bruit.

Parce que la cavité peut contenir de nombreux photons, un qubit en concerne un nombre important, bâtiment dans une certaine redondance. Dans certaines conceptions qubit, la fuite de photons dans l'environnement - un phénomène courant - signifie que des informations sont perdues. Mais plutôt que de se défendre contre ce genre de fuite, l'approche de l'équipe l'intègre. Les photons restants de leur cavité supporteraient le motif d'interférence suffisamment longtemps pour que davantage de photons entrent et remplacent les photons manquants.

Un flux constant de photons frais signifierait également que si certains photons dans la cavité étaient corrompus par le bruit, ils seraient évacués assez rapidement pour que les dégâts ne soient pas catastrophiques. La figure d'interférence peut vaciller un instant, comme le feraient les ondulations d'un étang si un petit rocher tombait avec une éclaboussure inquiétante, mais les sources pulsatoires des ondulations resteraient cohérentes, aider le modèle - et ses informations quantiques - à se réaffirmer rapidement.

"C'est comme ajouter de l'eau fraîche, " Dit Lieu. " A chaque fois que l'information est contaminée, le fait que vous introduisiez de l'eau et que vous nettoyiez vos tuyaux de manière dynamique le maintient résistant aux dommages. Cette configuration globale est ce qui maintient son état stable fort."

L'approche ne rendrait pas les qubits résistants à tous les types d'erreurs, dit Lieu. Certaines perturbations seraient encore qualifiées d'éclaboussures trop dramatiques pour que le système puisse les gérer. En outre, le concept s'applique principalement aux cavités photoniques envisagées par l'équipe et n'aiderait pas nécessairement à renforcer d'autres conceptions de qubit de premier plan.

La méthode proposée s'ajoute à un arsenal de techniques prometteuses de correction d'erreurs informatiques quantiques, tels que les qubits "topologiques", qui serait également autocorrecteur mais nécessiterait des matériaux exotiques encore à fabriquer. Alors que l'équipe s'attend à ce que la nouvelle approche soit particulièrement utile pour l'informatique quantique basée sur les photons micro-ondes dans les architectures supraconductrices, il pourrait aussi trouver des applications en informatique à base de photons optiques.

Les travaux de l'équipe s'appuient sur des efforts théoriques et expérimentaux antérieurs sur les qubits photoniques. Lieu a déclaré que d'autres physiciens avaient déjà jeté la plupart des bases nécessaires pour tester expérimentalement la proposition de l'équipe.

"Nous prévoyons de contacter des expérimentateurs pour tester l'idée, " a-t-il dit. "Ils auraient juste besoin de rassembler quelques ingrédients existants."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.