Une équipe de recherche qui comprend deux physiciens de l’Université de l’Oregon a décrit de nouvelles techniques pour contrôler les éléments constitutifs de l’informatique quantique, une étape potentiellement importante pour rendre ces ordinateurs plus précis et plus utiles.
Les physiciens David Allcock et David Wineland sont les fondateurs du nouveau Oregon Ions Laboratory, qui a récemment été installé dans le sous-sol de Willamette Hall. Ils font partie des 12 auteurs d’un nouvel article, basé sur une expérience menée au National Institute for Standards and Technology à Boulder, Colorado. Les deux scientifiques travaillaient auparavant au laboratoire du Colorado et ont continué à collaborer sur le projet après leur arrivée à l’UO en 2018.
Les techniques décrites dans la revue La nature, impliquent l’utilisation de bits quantiques à ions piégés, ou qubits, dans l’informatique quantique et les simulations. Ils pourraient conduire à des améliorations dans le fonctionnement des ordinateurs quantiques, qui font encore trop d’erreurs de calcul pour être des outils efficaces, ont déclaré les physiciens.
Le problème avec les ordinateurs quantiques est que leurs portes logiques – les outils utilisés pour exécuter des fonctions logiques de base en informatique – “sont vraiment mauvaises”, a déclaré Allcock.
« Ils échouent environ 1% du temps », a-t-il déclaré. “Vous pouvez faire environ 100 (opérations), puis vous sortez les ordures.”
Wineland a ajouté : « L’ensemble du domaine est maintenant à un stade, en raison des erreurs qui existent, que nous ne pouvons pas faire de longs calculs ou des simulations de valeur pratique sur nos machines. »
L’objectif est d’atteindre 10 000 opérations sans erreur, puis d’ajouter des couches de contrôles pour corriger les erreurs au fur et à mesure qu’elles se produisent, a-t-il déclaré.
“Nous voulons en arriver là”, a déclaré Allcock. « Ensuite, vous pouvez utiliser les ordinateurs quantiques pour quelque chose d’utile. Pour le moment, ce ne sont que des jouets.
Wineland a déclaré que les ions piégés sont comme un bol de billes qui ont certaines propriétés magnétiques. Les physiciens peuvent appliquer des forces aux ions avec différentes méthodes, y compris des lasers, a déclaré Allcock. Mais les lasers sont des machines coûteuses et complexes, alors que la fabrication de portes logiques utilisant des forces magnétiques est moins chère et plus pratique car elles peuvent être générées directement avec des circuits intégrés, a-t-il déclaré.
“Ce que nous avons fait ici, c’est montrer que ces techniques fonctionnent aussi bien que quiconque a déjà fait des portes logiques”, a-t-il déclaré.
Google et IBM font partie des entreprises commerciales qui disposent d’armées d’ingénieurs travaillant sur de tels problèmes, tandis que les physiciens universitaires tentent de montrer qu’il existe des techniques meilleures et plus basiques pour les résoudre.
“Nous avons montré que vous pouvez le faire d’une manière techniquement plus simple”, a-t-il déclaré.
Si les physiciens et les ingénieurs peuvent rendre les ordinateurs quantiques fiables et capables de fonctionner avec une capacité suffisante, ils pourraient simuler d’autres systèmes, a déclaré Wineland. Par exemple, un ordinateur quantique pourrait simuler l’action d’une molécule utilisée en thérapie médicamenteuse sans avoir à la synthétiser en laboratoire.
“Il y a des résultats très pratiques et utiles”, a déclaré Wineland. “Nous ne faisons qu’effleurer la surface.”
L’informatique quantique est basée sur les principes de la théorie quantique, qui explique le comportement de la matière aux niveaux atomique et subatomique. Un bit quantique, ou qubit, est l’unité d’information de base en informatique quantique, tout comme un bit est l’unité de base en informatique conventionnelle. Contrairement à un bit classique, qui peut être 1 ou 0, un qubit peut être à la fois 1 et 0.
L’informatique quantique existe depuis environ 1995, lorsqu’un mathématicien du Massachusetts Institute of Technology nommé Peter Shor a proposé un algorithme utilisant des idées de logique quantique qui pourraient efficacement diviser de grands nombres en un ensemble d’équations plus simples, un processus connu sous le nom de factorisation, Wineland mentionné. C’était important car la plupart des algorithmes de cryptage modernes tirent leur sécurité de l’incapacité de factoriser de grands nombres.
Référence : « Contrôle universel sans laser haute fidélité des qubits d’ions piégés » par R. Srinivas, SC Burd, HM Knaack, RT Sutherland, A. Kwiatkowski, S. Glancy, E. Knill, DJ Wineland, D. Leibfried, AC Wilson, DTC Allcock et DH Slichter, 8 septembre 2021, La nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03809-4
Allcock et Wineland ont rejoint l’UO en 2018. Wineland a été co-récipiendaire du prix Nobel de physique en 2012 pour ses travaux sur la manipulation et la mesure de systèmes quantiques individuels. Il est titulaire de la Chaire de recherche distinguée Philip H. Knight au Département de physique. Allcock est le chercheur principal du nouveau laboratoire d’ions de l’Oregon.
