Dans une nouvelle œuvre révolutionnaire, des chercheurs du DTU ont maintenant réalisé la plate-forme complète d'un ordinateur quantique optique. La plateforme est universelle et évolutive, tout se passe à température ambiante, et la technologie est directement compatible avec les réseaux de fibre optique standard. Cela place DTU à la pointe du développement.

Les ordinateurs quantiques optiques ont longtemps été éclipsés par les technologies supraconductrices qui ont été accélérées par d'énormes programmes de développement exécutés par des géants de la technologie comme IBM et Google. La situation est en train de changer, une des raisons étant une série de projets pionniers réalisés par des chercheurs du centre de recherche fondamentale bigQ du DTU Physique.

En réalité, les chercheurs du DTU ne se limitent pas à développer simplement des composants individuels pour un ordinateur quantique optique ou simplement un simulateur quantique. Ils travaillent avec détermination au développement d'un ordinateur quantique optique universel basé sur la mesure.

Peut exécuter n'importe quel algorithme arbitraire

Bien que le type d'ordinateur quantique que les chercheurs du DTU développent soit conceptuellement très différent d'un ordinateur normal, il y a aussi des similitudes.

Il existe des dispositifs logiques de base (qubits) qui transportent les informations, et il existe des portes qui effectuent des opérations sur un ou plusieurs qubits, mettant ainsi en œuvre un algorithme.

La démonstration d'un ensemble de portes dit universel - et la mise en œuvre d'un certain nombre d'opérations à l'aide de celui-ci - est précisément ce qui constitue la nouvelle avancée de l'informatique quantique optique.

"Notre démonstration d'un ensemble universel de portes est absolument cruciale. Cela signifie que tout algorithme arbitraire peut être réalisé sur notre plate-forme avec les bonnes entrées, à savoir les qubits optiques. L'ordinateur est entièrement programmable, " dit Mikkel Vilsbøll Larsen, qui a été le principal moteur du travail et qui a récemment terminé son doctorat. études au DTU.

La mise à l'échelle rend l'ordinateur quantique pratiquement pertinent

Le potentiel de l'ordinateur quantique est énorme, et sa puissance de traitement considérablement accrue par rapport aux ordinateurs standard à transistors permettra une innovation de rupture dans un large éventail de domaines d'une grande importance pour le Danemark, comme l'industrie pharmaceutique, optimisation du secteur des transports, et le développement de matériaux pour la capture et le stockage du carbone.

Un facteur crucial pour réaliser ce potentiel est que l'ordinateur quantique est réalisé sur une plate-forme évolutive à des milliers de qubits, explique le chercheur principal Jonas S. Neergaard-Nielsen, qui est l'un des piliers du travail.

"Théoriquement, il n'y a pas de différence entre si un ordinateur quantique est basé sur des qubits supraconducteurs ou optiques. Mais il y a une différence pratique décisive. Les ordinateurs quantiques supraconducteurs sont limités au nombre de qubits fabriqués sur la puce de processeur spécifique. Dans notre système, nous en créons constamment de nouveaux et les intriguons mécaniquement quantique avec ceux sur lesquels nous effectuons des calculs. Cela signifie que notre plate-forme est facilement évolutive."

"En outre, nous n'avons pas besoin de tout refroidir dans de grands cryostats. Au lieu, nous pouvons tout faire à température ambiante dans des fibres optiques. Le fait que le système soit basé sur des fibres optiques signifie également qu'il peut être connecté directement à un futur Internet quantique, sans intermédiaires difficiles."

Les chercheurs ont déjà franchi le cap de la mise à l'échelle en 2019 lorsque, dans un article de Science - ils ont expliqué comment, comme l'un des premiers au monde, ils avaient produit la structure de base d'un ordinateur quantique optique basé sur la mesure - un soi-disant état de cluster bidimensionnel avec plus de 30, 000 états de lumière intriqués.

Déjà tourné vers l'avenir avec détermination

Même s'ils peuvent être tentés de se reposer sur leurs lauriers un instant, l'équipe de chercheurs a déjà de nouveaux objectifs en vue.

Plus tôt cette année, ils ont développé et breveté un cadre théorique complet expliquant comment leur technologie peut également intégrer la correction d'erreurs à long terme. C'est l'un des grands défis actuels de l'informatique quantique.

"C'est un résultat de recherche important que nous venons de publier, et nous en sommes fiers. Mais nos ambitions vont bien plus loin que cela. L'objectif à long terme est un ordinateur quantique capable de résoudre des problèmes pertinents et de réaliser le potentiel vers lequel nous nous efforçons tous, " dit le professeur Ulrik L. Andersen, qui est à la tête de bigQ et a supervisé l'ensemble du programme de recherche.

"Nous savons ce qu'il faut pour placer notre technologie actuelle sur une puce optique et introduire la correction d'erreur, et nous avons mis en place les collaborations internationales pertinentes. Il en va de même pour le secteur des entreprises, où les entreprises sont désireuses de développer des cas d'utilisation avec nous."

En d'autres termes, les chercheurs du DTU sont prêts à relever les prochains défis et à franchir le pas de la recherche fondamentale à l'innovation. En réalité, le financement est la seule chose qui manque.

La recherche a été publiée dans la revue Physique de la nature .