Des physiciens du département de physique et du département de physique appliquée de l’université de Yale, de l’Institut Paul Scherrer et de l’Inria Paris ont mis au point un chat correcteur d’erreurs – un nouveau dispositif qui combine le concept de superposition du chat de Schrödinger avec la capacité de corriger certaines des erreurs les plus délicates dans un calcul quantique.
Les chats de Schrödinger corrigeant les erreurs. Crédit photo : Michael S. Helfenbein.
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de transformer un large éventail d’industries, des produits pharmaceutiques aux services financiers, en permettant des calculs qui sont des ordres de grandeur plus rapides que les superordinateurs d’aujourd’hui.
L’approche de l’équipe pour construire un ordinateur quantique est appelée circuit QED et utilise des photons dans un résonateur à micro-ondes supraconducteur.
Dans un ordinateur traditionnel, les informations sont codées sous la forme de 0 ou de 1. Les seules erreurs qui surviennent pendant les calculs sont les “bit-flips”, lorsqu’un bit d’information passe accidentellement de 0 à 1 ou vice versa.
La façon de corriger ces erreurs est d’intégrer la redondance : utiliser trois bits physiques d’information pour garantir un bit efficace – ou précis -.
En revanche, les bits d’information quantiques – les qubits – sont sujets à la fois aux bit-flips et aux phase-flips, dans lesquels un qubit bascule aléatoirement entre des superpositions quantiques – lorsque deux états opposés existent simultanément.
Jusqu’à présent, les chercheurs en sciences quantiques ont essayé de corriger les erreurs en ajoutant une plus grande redondance, nécessitant une abondance de qubits physiques pour chaque qubit effectif.
Le qubit chat – nommé d’après le chat de Schrödinger, le célèbre paradoxe utilisé pour illustrer le concept de superposition.
“Notre travail découle d’une nouvelle idée”, a déclaré le professeur Michel Devoret de l’université de Yale, auteur principal de la recherche.
“Pourquoi ne pas utiliser une manière astucieuse de coder l’information dans un seul système physique de sorte qu’un type d’erreur soit directement supprimé ?”.
Contrairement aux multiples qubits physiques nécessaires pour maintenir un qubit effectif, un seul qubit chat peut empêcher les inversions de phase à lui tout seul.
Le qubit chat encode un qubit effectif dans des superpositions de deux états au sein d’un seul circuit électronique – dans ce cas, un résonateur supraconducteur à micro-ondes dont les oscillations correspondent aux deux états du qubit chat.
“Nous réalisons tout cela en appliquant des signaux de fréquence micro-ondes à un dispositif qui n’est pas beaucoup plus compliqué qu’un qubit supraconducteur traditionnel”, a déclaré le premier auteur, le Dr Alexander Grimm, un scientifique de l’Institut Paul Scherrer.
Les chercheurs sont capables de faire passer leur qubit chat de l’un de ses états de superposition à n’importe quel autre état de superposition, sur commande.
De plus, ils ont développé une nouvelle façon de lire – ou d’identifier – l’information encodée dans le qubit.
“Cela fait du système que nous avons développé un nouvel élément polyvalent qui, nous l’espérons, trouvera son utilité dans de nombreux aspects du calcul quantique avec des circuits supraconducteurs”, a déclaré le professeur Devoret.
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature.
