Les scientifiques ont créé un processeur reprogrammable basé sur la lumière, une première mondiale, qui, selon eux, pourrait ouvrir la voie à une nouvelle ère d'informatique et de communication quantiques.
Les technologies dans ces domaines émergents qui fonctionnent au niveau atomique génèrent déjà de grands avantages pour la découverte de médicaments et d'autres applications à petite échelle.
À l'avenir, les ordinateurs quantiques à grande échelle promettent de pouvoir résoudre des problèmes complexes qui seraient impossibles avec les ordinateurs d'aujourd'hui.
Le professeur Alberto Peruzzo, chercheur principal de l'Université RMIT en Australie, a déclaré que le processeur de l'équipe, un dispositif photonique qui utilise des particules de lumière pour transporter des informations, pourrait contribuer à la réussite des calculs quantiques en minimisant les « pertes de lumière ».
"Notre conception rend l'ordinateur quantique photonique plus efficace en termes de pertes de lumière, ce qui est essentiel pour pouvoir poursuivre le calcul", a déclaré Peruzzo, qui dirige le nœud du Centre d'excellence ARC pour le calcul quantique et les technologies de communication (CQC2T). au RMIT.
"Si vous perdez de la lumière, vous devez relancer le calcul."
D'autres avancées potentielles incluent des capacités améliorées de transmission de données pour des systèmes de communication "inpiratables" et des applications de détection améliorées dans la surveillance de l'environnement et les soins de santé, a déclaré Peruzzo.
L'équipe a reprogrammé un processeur photonique dans une série d'expériences, atteignant une performance équivalente à 2 500 appareils, en appliquant des tensions variables. Leurs résultats et analyses sont publiés dans Nature Communications .
"Cette innovation pourrait conduire à une plate-forme plus compacte et évolutive pour les processeurs photoniques quantiques", a déclaré Peruzzo.
Yang Yang, auteur principal et Ph.D. RMIT. Un chercheur a déclaré que l'appareil était « entièrement contrôlable », qu'il permettait une reprogrammation rapide avec une consommation d'énergie réduite et qu'il éliminait le besoin de fabriquer de nombreux appareils sur mesure.
"Nous avons démontré expérimentalement différentes dynamiques physiques sur un seul appareil", a-t-il déclaré.
"C'est comme avoir un interrupteur pour contrôler le comportement des particules, ce qui est utile à la fois pour comprendre le monde quantique et pour créer de nouvelles technologies quantiques."
Le professeur Mirko Lobino de l'Université de Trente en Italie a fabriqué ce dispositif photonique innovant en utilisant un cristal appelé niobate de lithium, et le professeur Yogesh Joglekar de l'Université Purdue d'Indiana à Indianapolis aux États-Unis a apporté son expertise en physique de la matière condensée.
Le niobate de lithium possède des propriétés optiques et électro-optiques uniques, ce qui le rend idéal pour diverses applications en optique et photonique.
"Mon groupe a été impliqué dans la fabrication du dispositif, ce qui était particulièrement difficile car nous devions miniaturiser un grand nombre d'électrodes au-dessus des guides d'ondes pour atteindre ce niveau de reconfigurabilité", a déclaré Lobino.
"Les processeurs photoniques programmables offrent une nouvelle voie pour explorer une gamme de phénomènes dans ces dispositifs qui pourraient potentiellement débloquer d'incroyables avancées technologiques et scientifiques", a déclaré Joglekar.
Parallèlement, l'équipe de Peruzzo a également développé un premier système hybride au monde qui combine l'apprentissage automatique et la modélisation pour programmer des processeurs photoniques et aider à contrôler les dispositifs quantiques.
Peruzzo a déclaré que le contrôle d'un ordinateur quantique était crucial pour garantir l'exactitude et l'efficacité du traitement des données.
"L'un des plus grands défis pour la précision de sortie de l'appareil est le bruit, qui décrit les interférences dans l'environnement quantique qui ont un impact sur le fonctionnement des qubits", a-t-il déclaré.
Les qubits sont les unités de base de l'informatique quantique.
"De nombreuses industries développent l'informatique quantique à grande échelle, mais elles luttent toujours contre les erreurs et les inefficacités causées par le bruit", a déclaré Peruzzo.
Les tentatives de contrôle des qubits reposaient généralement sur des hypothèses sur ce qu'était le bruit et sa cause, a déclaré Peruzzo.
"Plutôt que de faire des hypothèses, nous avons développé un protocole qui utilise l'apprentissage automatique pour étudier le bruit tout en utilisant la modélisation pour prédire ce que fait le système en réponse au bruit", a-t-il déclaré.
Grâce à l'utilisation de processeurs photoniques quantiques, Peruzzo a déclaré que cette méthode hybride pourrait aider les ordinateurs quantiques à fonctionner de manière plus précise et plus efficace, ce qui aurait un impact sur la façon dont nous contrôlerons les appareils quantiques à l'avenir.
"Nous pensons que notre nouvelle méthode hybride a le potentiel de devenir l'approche de contrôle dominante en informatique quantique", a déclaré Peruzzo.
L'auteur principal, le Dr Akram Youssry, du RMIT, a déclaré que les résultats de l'approche nouvellement développée ont montré une amélioration significative par rapport aux méthodes traditionnelles de modélisation et de contrôle, et pourraient être appliqués à d'autres dispositifs quantiques au-delà des processeurs photoniques.
"La méthode nous a aidé à découvrir et à comprendre des aspects de nos appareils qui vont au-delà des modèles physiques connus de cette technologie", a-t-il déclaré.
"Cela nous aidera à concevoir des appareils encore meilleurs à l'avenir."
"Identification et contrôle expérimentaux du système quantique graybox" est publié dans npj Quantum Information. .
Peruzzo a déclaré que des startups dans le domaine de l'informatique quantique pourraient être créées autour de la conception de dispositifs photoniques et de la méthode de contrôle quantique de son équipe, qu'elles continueraient à étudier en termes d'applications et de leur « plein potentiel ».
"La photonique quantique est l'une des industries quantiques les plus prometteuses car l'industrie photonique et l'infrastructure de fabrication sont très bien établies", a-t-il déclaré.
"Les algorithmes d'apprentissage automatique quantique présentent des avantages potentiels par rapport aux autres méthodes dans certaines tâches, en particulier lorsqu'il s'agit de grands ensembles de données."
"Imaginez un monde où les ordinateurs fonctionnent des millions de fois plus vite qu'aujourd'hui, où nous pouvons envoyer des informations en toute sécurité sans craindre qu'elles soient interceptées et où nous pouvons résoudre des problèmes en quelques secondes qui prendraient actuellement des années."
"Il ne s'agit pas simplement d'un fantasme :il s'agit d'un avenir potentiel alimenté par les technologies quantiques et des recherches comme la nôtre ouvrent la voie."
Plus d'informations : Akram Youssry et al, Identification et contrôle expérimentaux du système quantique graybox, npj Quantum Information (2024). DOI :10.1038/s41534-023-00795-5
Yang Yang et al, Hamiltonien programmable de grande dimension dans un réseau de guides d'ondes photoniques, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-023-44185-z
Informations sur le journal : Communications naturelles , Informations quantiques npj
Fourni par l'Université RMIT
