Un Bus De Données Quantique Pour Les ordinateurs Quantiques
Les physiciens quantiques préparent maintenant le terrain pour un “bus quantique”, qui peut téléporter des informations quantiques entre les composants de la mémoire et du processeur des futurs ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs classiques commutent les transistors d’un état ou d’un autre pour symboliser les données comme étant des uns et des zéros. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits ou des qubits quantiques qui, en raison de la nature surréaliste de la mécanique quantique, peuvent être dans un état de superposition où ils peuvent essentiellement se comporter à la fois comme un et zéro.
Les superpositions que les qubits adoptent les laissent tenir deux états à la fois. Si deux qubits sont liés mécaniquement quantique ou enchevêtrés, ils peuvent contenir quatre états simultanément; trois qubits, huit états; etc. En théorie, un ordinateur quantique avec 300 qubits pourrait contenir plus d’états que d’atomes dans l’univers visible. Les algorithmes peuvent utiliser de tels qubits intriqués pour exécuter un nombre extraordinaire de calculs en un instant.
Les perturbations environnementales et autres bruits peuvent facilement perturber les superpositions. En tant que tels, les ordinateurs quantiques doivent exécuter des techniques connues sous le nom de codes de correction d’erreurs pour les protéger contre les interférences. Par exemple, l’information provenant d’un seul qubit «logique» peut se propager à plusieurs qubits «physiques» fortement enchevêtrés afin de réduire les risques que toute perturbation environnementale altère l’information en question.
«En général, le grand défi du calcul quantique est que les objets quantiques sont extrêmement fragiles», explique Hendrik Poulsen Nautrup, physicien quantique à l’Université d’Innsbruck en Autriche. “Théoriquement, nous pouvons utiliser la correction d’erreur quantique pour protéger ces objets.”
«En général, le grand défi du calcul quantique est que les objets quantiques sont extrêmement fragiles», explique Hendrik Poulsen Nautrup, physicien quantique à l’Université d’Innsbruck en Autriche. “Théoriquement, nous pouvons utiliser la correction d’erreur quantique pour protéger ces objets.”Tout comme les ordinateurs classiques ont des composants qui peuvent servir de mémoire et de processeurs, les futurs ordinateurs quantiques auront également besoin de qubits qui peuvent stocker des données ou effectuer des opérations. Ces mémoires quantiques et composants de processeur quantique devront résister à différents seuils de bruit – la mémoire quantique doit être robuste contre le changement, tandis que les processeurs quantiques doivent se montrer plus flexibles à changer. En tant que tels, la mémoire quantique et les processeurs quantiques nécessitent différents codes de correction d’erreur.
Auparavant, les chercheurs ont construit des processeurs quantiques à petite échelle et une mémoire quantique. Cependant, étant donné les différents protocoles utilisés pour encoder l’information au sein de ces deux différents types de composants, les scientifiques sont maintenant confrontés au défi de savoir comment transmettre cette information entre eux.
Aujourd’hui, Poulsen Nautrup et une équipe de chercheurs qui a conçu un moyen de rendre ces architectures hybrides (composé de parties mixtes) viables (capable de travailler avec succès). Les scientifiques ont récemment détaillé leurs résultats dans la revue Nature Communications. “Nous pouvons en effet envisager un ordinateur quantique avec des composants séparés qui sont utilisés à des fins différentes comme le traitement et la mémoire”.
La nouvelle technique implique essentiellement de modifier certains des qubits physiques codant chaque qubit logique. Cette stratégie, que les chercheurs appellent la chirurgie en réseau sous-système, peut temporairement «coudre» différents qubits logiques ensemble – par exemple, ceux utilisés dans la mémoire quantique ou les processeurs quantiques. Une fois couplées, les informations peuvent ensuite être téléportées d’un système à l’autre.
IBM Quantum«En principe, les laboratoires du monde entier disposent déjà de tous les outils nécessaires pour réaliser une expérience de démonstration de principe», explique Poulsen Nautrup. Lui et ses collègues collaborent maintenant avec le groupe du physicien expérimental Rainer Blatt à l’Université d’Innsbruck pour réaliser le leur. “Je ne peux pas vous en dire trop à ce sujet car il est en cours et n’est pas encore terminé, mais les résultats intermédiaires sont vraiment excitants”, dit-il.
