Dans le monde de l'informatique quantique, la dimension de l'espace Hilbert – la mesure du nombre d'états quantiques auxquels un ordinateur quantique peut accéder – est une possession précieuse. Le fait d'avoir un plus grand espace Hilbert permet des opérations quantiques plus complexes et joue un rôle crucial dans l'activation de la correction d'erreur quantique (QEC), essentiel pour protéger les informations quantiques contre le bruit et les erreurs.
Une étude récente des chercheurs de l'Université de Yale publiés dans Nature Création de Qudits – un système quantique qui contient des informations quantiques et peut exister dans plus de deux états. En utilisant un Qutrit (système quantique à 3 niveaux) et un QuQuart (système quantique à 4 niveaux), les chercheurs ont démontré la toute première correction d'erreur quantique expérimentale pour les unités quantiques de dimension supérieure en utilisant le code bosonic Gottesman – Kitaev – Preskill (GKP).
La plupart des ordinateurs quantiques sur le marché traitent généralement les informations à l'aide d'états quantiques appelés qubits – des unités fondamentales similaires à un peu dans un ordinateur ordinaire qui peut exister dans deux états bien définis, en haut (1) et en bas (0) et également à la fois 0 et 1 en même temps, en raison de la superposition quantique. L'espace Hilbert d'un seul qubit est un espace vectoriel complexe bidimensionnel.
Étant donné que plus grand est meilleur, dans le cas de Hilbert Space, l'utilisation de Qudits au lieu de Qubits gagne beaucoup d'intérêt scientifique.
Qudits pourrait faire des tâches exigeantes telles que la construction de portes quantiques, l'exécution d'algorithmes, la création d'états « magiques » spéciaux et la simulation de systèmes quantiques complexes plus faciles que jamais. Pour exploiter ces pouvoirs, les chercheurs ont passé des années à construire des ordinateurs quantiques basés sur Qudit à l'aide de photons, d'atomes et de molécules ultracold et de circuits supraconducteurs.
La fiabilité de l'informatique quantique dépend fortement du QEC, qui protège les informations quantiques fragiles du bruit et des imperfections. Pourtant, la plupart des efforts expérimentaux dans QEC sont focalisés exclusivement sur les qubits, et donc les Qudits ont pris un siège arrière.
Les chercheurs de cette étude ont présenté la toute première démonstration expérimentale de correction d'erreurs pour un Qutrit et un Ququart, en utilisant le code bosonique Gottesman – Kitaev – Preskill (GKP). Pour optimiser les systèmes en tant que souvenirs quantiques ternaires et quaternaires, les chercheurs ont opté pour un algorithme d'apprentissage de renforcement, un type d'apprentissage automatique qui utilise une méthode d'essai et d'erreur pour trouver le meilleur moyen de corriger les erreurs ou de faire fonctionner les portes quantiques.
L'expérience a dépassé le seuil de rentabilité pour la correction des erreurs, présentant une méthode plus pratique et économe en matériel pour QEC en exploitant la puissance d'un plus grand espace de Hilbert.
Les chercheurs notent que l'augmentation des taux de perte de photons et de déphasage des états de GKP QuDIT peut entraîner une modeste réduction de la durée de vie des informations quantiques codées dans les Qudits logiques, mais en retour, il donne accès à des états quantiques plus logiques dans un seul système physique.
Les résultats démontrent la promesse de réaliser des ordinateurs quantiques robustes et évolutifs et pourraient entraîner des percées en cryptographie, en science des matériaux et en découverte de médicaments.
