Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l’informatique quantique. De grands acteurs mondiaux, tels que Google et IBM, proposent déjà des services d'informatique quantique basés sur le cloud. Cependant, les ordinateurs quantiques ne peuvent pas encore résoudre les problèmes qui surviennent lorsque les ordinateurs standards atteignent les limites de leurs capacités, car la disponibilité des qubits ou bits quantiques, c'est-à-dire les unités de base de l'information quantique, est encore insuffisante.
L’une des raisons à cela est que les qubits nus ne sont pas d’une utilité immédiate pour exécuter un algorithme quantique. Alors que les bits binaires des ordinateurs habituels stockent des informations sous la forme de valeurs fixes de 0 ou 1, les qubits peuvent représenter 0 et 1 à la fois, faisant jouer la probabilité quant à leur valeur. C'est ce qu'on appelle la superposition quantique.
Cela les rend très sensibles aux influences extérieures, ce qui signifie que les informations qu'ils stockent peuvent facilement être perdues. Afin de garantir que les ordinateurs quantiques fournissent des résultats fiables, il est nécessaire de générer un véritable intrication pour réunir plusieurs qubits physiques pour former un qubit logique. En cas de défaillance de l’un de ces qubits physiques, les autres qubits conserveront l’information. Cependant, l'une des principales difficultés empêchant le développement d'ordinateurs quantiques fonctionnels est le grand nombre de qubits physiques requis.
De nombreux concepts différents sont utilisés pour rendre l’informatique quantique viable. Les grandes entreprises s'appuient actuellement par exemple sur des systèmes supraconducteurs à semi-conducteurs, mais ceux-ci présentent l'inconvénient de ne fonctionner qu'à des températures proches du zéro absolu. Les concepts photoniques, quant à eux, fonctionnent à température ambiante.
Les photons uniques servent généralement ici de qubits physiques. Ces photons, qui sont en quelque sorte de minuscules particules de lumière, fonctionnent par nature plus rapidement que les qubits à l’état solide, mais, en même temps, se perdent plus facilement. Pour éviter les pertes de qubits et autres erreurs, il est nécessaire de coupler plusieurs impulsions lumineuses à photons uniques pour construire un qubit logique, comme dans le cas de l'approche basée sur les supraconducteurs.
Des chercheurs de l'Université de Tokyo ainsi que des collègues de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) en Allemagne et de l'Université Palacký d'Olomouc en République tchèque ont récemment démontré un nouveau moyen de construire un ordinateur quantique photonique. Plutôt que d’utiliser un seul photon, l’équipe a utilisé une impulsion lumineuse générée par laser pouvant être composée de plusieurs photons. La recherche est publiée dans la revue Science .
"Notre impulsion laser a été convertie en un état optique quantique qui nous confère une capacité inhérente à corriger les erreurs", a déclaré le professeur Peter van Loock de l'université de Mayence. "Bien que le système soit constitué uniquement d'une impulsion laser et soit donc très petit, il peut, en principe, éliminer immédiatement les erreurs." Ainsi, il n'est pas nécessaire de générer des photons individuels sous forme de qubits via de nombreuses impulsions lumineuses, puis de les faire interagir comme des qubits logiques.
"Nous n'avons besoin que d'une seule impulsion lumineuse pour obtenir un qubit logique robuste", a ajouté van Loock. En d’autres termes, un qubit physique est déjà équivalent à un qubit logique dans ce système – un concept remarquable et unique. Cependant, le qubit logique produit expérimentalement à l’Université de Tokyo n’était pas encore d’une qualité suffisante pour fournir le niveau nécessaire de tolérance aux erreurs. Néanmoins, les chercheurs ont clairement démontré qu'il est possible de transformer des qubits non universellement corrigibles en qubits corrigibles en utilisant les méthodes d'optique quantique les plus innovantes.
Plus d'informations : Shunya Konno et al, États logiques pour le calcul quantique tolérant aux pannes avec propagation de la lumière, Science (2024). DOI :10.1126/science.adk7560
Olivier Pfister, Qubits sans qubits, Science (2024). DOI :10.1126/science.adm9946
Informations sur le journal : Sciences
Fourni par l'Université Johannes Gutenberg de Mayence
