Les chercheurs de Harvard ont franchi une étape importante dans l’informatique quantique en développant un processeur quantique logique programmable capable de coder 48 qubits logiques et d’effectuer des centaines d’opérations de portes logiques. Cette avancée, saluée comme un tournant potentiel dans le domaine, est la première démonstration d’exécution d’algorithmes à grande échelle sur un ordinateur quantique à correction d’erreurs.
La percée de Harvard dans l’informatique quantique dispose d’un nouveau processeur quantique logique avec 48 qubits logiques, permettant l’exécution d’algorithmes à grande échelle sur un système corrigé des erreurs. Ce développement, dirigé par Mikhail Lukin, représente une avancée majeure vers des ordinateurs quantiques pratiques et tolérants aux pannes.
En informatique quantique, un bit quantique ou « qubit » est une unité d’information, tout comme un bit binaire en informatique classique. Depuis plus de deux décennies, les physiciens et les ingénieurs ont montré au monde que l’informatique quantique est, en principe, possible en manipulant des particules quantiques – qu’il s’agisse d’atomes, d’ions ou de photons – pour créer des qubits physiques.
Mais exploiter avec succès l’étrangeté de la mécanique quantique à des fins de calcul est plus compliqué que simplement accumuler un nombre suffisamment grand de qubits physiques, qui sont intrinsèquement instables et susceptibles de s’effondrer hors de leur état quantique.
Qubits logiques : les éléments constitutifs de l’informatique quantique
Les véritables pièces de monnaie du domaine de l’informatique quantique utile sont ce qu’on appelle les qubits logiques : des ensembles de qubits physiques redondants et corrigés des erreurs, qui peuvent stocker des informations à utiliser dans un algorithme quantique. La création de qubits logiques en tant qu’unités contrôlables – comme les bits classiques – a constitué un obstacle fondamental dans ce domaine, et il est généralement admis que tant que les ordinateurs quantiques ne pourront pas fonctionner de manière fiable sur des qubits logiques, les technologies ne pourront pas vraiment décoller. À ce jour, les meilleurs systèmes informatiques ont démontré un ou deux qubits logiques et une opération de porte quantique – semblable à une seule unité de code – entre eux.
Une équipe dirigée par l’expert quantique Mikhail Lukin (à droite) a réalisé une percée dans le domaine de l’informatique quantique. Dolev Bluvstein, titulaire d’un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Lukin, a été le premier auteur de l’article. Crédit : Jon Chase/photographe de Harvard
La percée de Harvard dans le domaine de l’informatique quantique
Une équipe de Harvard dirigée par Mikhail Lukin, professeur de physique à l’Université Joshua et Beth Friedman et codirecteur de la Harvard Quantum Initiative, a franchi une étape clé dans la quête d’une informatique quantique stable et évolutive. Pour la première fois, l’équipe a créé un processeur quantique logique et programmable, capable de coder jusqu’à 48 qubits logiques et d’exécuter des centaines d’opérations de portes logiques. Leur système est la première démonstration d’exécution d’algorithmes à grande échelle sur un ordinateur quantique à correction d’erreurs, annonçant l’avènement d’un calcul quantique précoce, tolérant aux pannes ou fiable et ininterrompu.
Publié dans Nature, les travaux ont été réalisés en collaboration avec Markus Greiner, professeur de physique George Vasmer Leverett ; collègues de MIT; et QuEra Computing, basée à Boston, une société fondée sur la technologie des laboratoires de Harvard. L’Office of Technology Development de Harvard a récemment conclu un accord de licence avec QuEra pour un portefeuille de brevets basé sur les innovations développées par le groupe Lukin.
Lukin a décrit cette réalisation comme un possible point d’inflexion semblable aux premiers jours dans le domaine de l’intelligence artificielle : les idées de correction d’erreurs quantiques et de tolérance aux pannes, théorisées depuis longtemps, commencent à porter leurs fruits.
« Je pense que c’est l’un des moments où il est clair que quelque chose de très spécial se prépare », a déclaré Lukin. « Même s’il reste encore des défis à relever, nous espérons que cette nouvelle avancée accélérera considérablement les progrès vers des ordinateurs quantiques utiles à grande échelle. »
Cette avancée s’appuie sur plusieurs années de travail sur une architecture informatique quantique connue sous le nom de réseau d’atomes neutres, lancée dans le laboratoire de Lukin et actuellement commercialisée par QuEra. Les composants clés du système sont un bloc d’atomes de rubidium en suspension ultra-froids, dans lesquels les atomes – les qubits physiques du système – peuvent se déplacer et être connectés par paires – ou « intriqués » – en cours de calcul. Des paires d’atomes intriqués forment des portes, qui sont des unités de puissance de calcul. Auparavant, l’équipe avait démontré de faibles taux d’erreur dans ses opérations d’enchevêtrement, prouvant la fiabilité de leur système neutre. atome système de tableau.
Implications et orientations futures
« Cette percée est un tour de force de l’ingénierie et de la conception quantiques », a déclaré Denise Caldwell, directrice adjointe par intérim de la direction des sciences mathématiques et physiques de la National Science Foundation, qui a soutenu la recherche par le biais des programmes Physics Frontiers Centers et Quantum Leap Challenge Institutes de la NSF. « L’équipe a non seulement accéléré le développement du traitement de l’information quantique en utilisant des atomes neutres, mais a également ouvert une nouvelle porte à l’exploration de dispositifs à qubits logiques à grande échelle qui pourraient apporter des avantages transformateurs à la science et à la société dans son ensemble. »
Avec leur processeur quantique logique, les chercheurs démontrent désormais le contrôle parallèle et multiplexé d’un ensemble complet de qubits logiques, à l’aide de lasers. Ce résultat est plus efficace et évolutif que de devoir contrôler des qubits physiques individuels.
« Nous essayons de marquer une transition dans le domaine, vers le début des tests d’algorithmes avec des qubits corrigés des erreurs plutôt que des qubits physiques, et d’ouvrir la voie à des appareils plus grands », a déclaré Dolev Bluvstein, premier auteur de l’article, de la Griffin School of Arts and Sciences. doctorat étudiant dans le laboratoire de Lukin.
L’équipe continuera à travailler pour démontrer davantage de types d’opérations sur ses 48 qubits logiques et à configurer son système pour qu’il fonctionne en continu, par opposition au cycle manuel comme c’est le cas actuellement.
Les travaux ont été soutenus par la Defense Advanced Research Projects Agency dans le cadre du programme d’optimisation avec des dispositifs quantiques bruyants à échelle intermédiaire ; le Center for Ultracold Atoms, un centre des frontières physiques de la National Science Foundation ; le Bureau de recherche de l’armée ; et Informatique QuEra.
