L’informatique quantique progresse, avec des géants comme Google et IBM qui fournissent des services, mais des défis subsistent en raison de l’insuffisance des qubits et de leur sensibilité aux influences externes, nécessitant une intrication complexe pour des résultats fiables. Les approches photoniques offrent un fonctionnement à température ambiante et des vitesses plus rapides, mais sont confrontées à des problèmes de perte ; cependant, une nouvelle méthode démontrée par les chercheurs utilise des impulsions laser pour créer des qubits logiques intrinsèquement correcteurs d’erreurs, simplifiant ainsi l’informatique quantique mais nécessitant encore des améliorations en termes de tolérance aux erreurs.
Des chercheurs ont réussi à créer un qubit logique à l’aide d’une seule impulsion lumineuse, doté de la capacité inhérente de corriger les erreurs.
Des avancées significatives ont été réalisées dans l’informatique quantique, avec de grandes entreprises internationales comme Google et IBM fournissant désormais des services d’informatique quantique via le cloud. Néanmoins, les ordinateurs quantiques ne sont pas encore capables de résoudre les problèmes qui surviennent lorsque les ordinateurs conventionnels atteignent leurs plafonds de performances. Cette limitation réside principalement dans le fait que 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.
Avantages d’une approche basée sur les photons
De nombreux concepts différents sont utilisés pour rendre l’informatique quantique viable. Les grandes entreprises s’appuient actuellement par exemple sur des systèmes à semi-conducteurs supraconducteurs, mais ceux-ci présentent l’inconvénient de ne fonctionner qu’à des températures proches de zéro absolu. Les concepts photoniques, quant à eux, fonctionnent à température ambiante.
La création d’un « état de chat de Schrödinger » photonique – autrement dit la superposition quantique d’états d’amplitude d’impulsion laser pouvant être distingués à l’échelle macroscopique (chat blanc ou chat noir) – ne peut être obtenue qu’en utilisant les techniques d’optique quantique les plus avancées. et il a déjà été démontré que c’était possible. Dans la présente expérience faisant l’objet du document de recherche, il s’est avéré possible d’étendre cette méthode à trois états (chats blancs, gris et noirs). Cet état léger se rapproche ainsi d’un état quantique logique dans lequel les erreurs peuvent en principe être universellement corrigées. Crédit : Peter van Loock
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 plusieursphoton la lumière émet des impulsions ensemble pour construire un qubit logique – comme dans le cas de l’approche basée sur les supraconducteurs.
Un qubit doté de la capacité inhérente de correction d’erreurs
Des chercheurs de l’Université de Tokyo et 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.
« 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 se compose 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.
