La simulation des systèmes quantiques et le développement de systèmes qui peuvent effectuer des calculs tirant parti des effets mécaniques quantiques reposent sur la capacité d'organiser des atomes dans des modèles spécifiques avec des niveaux de précision élevés. Pour organiser des atomes dans les modèles ordonnés appelés tableaux, les physiciens utilisent généralement des pincettes optiques, des faisceaux laser très ciblés qui peuvent piéger les particules.
Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de la Chine et du Shanghai Artificial Intelligence Laboratory ont récemment introduit un nouveau protocole compatible de l'intelligence artificielle (IA) qui pourrait faciliter la disposition de milliers d'atomes en tableaux, tout en garantissant que ces tableaux sont sans défaut (c.-à-d. Il n'y a pas d'atomes manquants).
Leur approche proposée, introduite dans un article publié dans Lettres d'examen physiquecorrige rapidement les tableaux en temps réel à l'aide d'hologrammes (c'est-à-dire des hologrammes légers générés par ordinateur) qui sont projetés via un appareil connu sous le nom de modulateur spatial, ainsi que des algorithmes d'IA qui peuvent planifier le décalage simultané de tous les atomes piégés vers les positions souhaitées.
« Notre intérêt initial pour les réseaux d'atomes neutres a en fait commencé avec l'intérêt fondamental sur le débat centenaire d'Einstein-Bohr sur l'expérience de réflexion sur le coup de recul », a déclaré à Issues.fr le professeur Chao-Yang Lu, auteur co-ennior du journal. « Notre quête pour réaliser fidèlement l'expérience de pensée d'Einstein en utilisant un seul atome piégé en pincement refroidi à l'état fondamental en trois dimensions alors qu'un recul de recul à limite quantique a commencé il y a environ cinq ans. Pendant ce temps, nous avons également reconnu l'énorme potentiel de réseaux d'atomes comme une plate-forme propre et magnifique pour le calcul quantum. »
Le but de cette étude récente était de combiner des techniques d'IA avec la physique quantique pour relever un défi bien documenté rencontré lors de l'assemblage des réseaux d'atomes. L'un des principaux enquêteurs était le Dr Han-Sen Zhong, un ancien étudiant de Lu qui a terminé son doctorat. à l'Université des sciences et de la technologie de la Chine et a commencé à travailler au Shanghai AI Lab.
« Nous reconnaissons que l'IA pour la science émerge comme un puissant paradigme pour résoudre des problèmes scientifiques complexes, et a des discussions en cours à ce sujet avec Han-Sen », a déclaré Lu. « Cela nous a amenés à utiliser l'IA pour résoudre l'un des défis de longue date du champ d'atomes: comment réorganiser les tableaux atomiques à grande échelle d'une manière efficace, rapide et évolutive. Il s'agit d'un très bel exemple de 'AI4Q' (AI pour quantum). »
Zhong, qui était étudiant dans le groupe de recherche de Lu au moment de l'étude, a conçu un cadre axé sur l'IA qui peut planifier le décalage simultané de tous les atomes dans un réseau de pincettes optique. Dans les expériences de l'équipe, le réseau de pincettes optique a été généré à l'aide d'un modulateur de lumière spatiale à grande vitesse (SLM), un appareil qui peut imprimer un hologramme sur le faisceau laser incident.
« Nous utilisons le modèle d'IA pour calculer les hologrammes pour le réarrangement des atomes en temps réel », a expliqué Zhong. « Avec un contrôle précis sur la position et la phase du réseau de pinceau, tous les atomes sont déplacés simultanément. Expérimentalement, nous avons démontré l'assemblage de réseaux d'atomes 2D et 3D sans défaut avec jusqu'à 2024 atomes en seulement 60 millisecondes. Notamment, le coût du temps reste Constante, quelle que soit la taille du tableau.
La méthode proposée par les chercheurs analyse les réseaux d'atomes chargés au hasard et calcule le chemin optimal des atomes chargés dans des pincettes optiques pour cibler les sites qui manquent des atomes. Ce chemin est ensuite divisé en un ensemble d'étapes sous-jacentes.
« L'ensemble du chemin est divisé en n étapes et pour chaque petite étape, nous utilisons un modèle d'IA pour calculer l'hologramme pour le SLM, avec un contrôle précis sur la position et la phase du réseau de pincettes », a déclaré Zhong. « En temps réel, tous les atomes sont déplacés simultanément. Notre méthode atteint un niveau élevé de parallélisme et donc une performance rapide et constante. »
Une caractérisation de l'approche de l'équipe pour assembler des réseaux d'atomes neutres sans défaut est qu'il permet le mouvement parallèle de tous les atomes pour produire des tableaux sans défaut. Ceci contraste avec les méthodes précédemment introduites, qui déplacent plutôt les atomes dans les séquences.
« Nous avons obtenu un réarrangement rapide et constant, quelle que soit la taille de la réseau », a déclaré Lu.
Cette étude pourrait ouvrir de nouvelles possibilités de réalisation de systèmes quantiques composés de réseaux d'atomes sans défaut. Ces systèmes pourraient à leur tour être utilisés pour effectuer de manière fiable des simulations ou des calculs quantiques.
« Notre prochain objectif sera de démontrer la correction d'erreur quantique et l'informatique quantique tolérante à la défaillance basée sur des qubits atomiques », a ajouté le professeur Jian-Wei Pan, co-Senior auteur de l'article.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
