Les technologies quantiques, qui fonctionnent en tirant parti des phénomènes mécaniques quantiques, ont le potentiel de surpasser leurs homologues classiques dans certaines tâches d'optimisation et de calcul. Ces technologies incluent des réseaux quantiques dits, des systèmes conçus pour transmettre des informations entre les nœuds interconnectés et le traiter, en utilisant des phénomènes quantiques tels que l'enchevêtrement et la superposition.
Les réseaux quantiques pourraient éventuellement contribuer à l'avancement des communications, de la détection et de l'informatique. Avant que cela ne puisse se produire, cependant, les systèmes existants devront être améliorés et perfectionnés, pour s'assurer qu'ils peuvent transférer et traiter les données à la fois de manière fiable et efficace, en minimisant les erreurs.
Des chercheurs de l'Université Tsinghua, du HEFEI National Laboratory et de l'Académie de Pékin des sciences de l'information quantique ont récemment démontré le contrôle cohérent d'un nœud de réseau quantique hybride et évolutif. Leur démonstration, décrite dans Physique de la naturea été réalisé en combinant des solutions et des techniques qu'ils ont développées dans le cadre de leurs travaux antérieurs.
« Notre objectif à long terme est d'établir un réseau quantique évolutif à l'aide de centres de couleurs de diamants (ici des centres d'appartenance à l'azote) », a déclaré Panyu Hou, co-auteur du journal, à Issues.fr.
« Alors que notre équipe et d'autres groupes de recherche dans le domaine ont développé diverses techniques critiques, notamment la génération d'enchevêtrement du spin-photon, le contrôle quantique des qubits hybrides et la correction des erreurs quantiques, ces ingrédients n'ont pas été intégrés dans un seul système quantique. Notre article récent poursuit cet objectif. »
S'appuyant sur leurs études antérieures, Hou et ses collègues ont réussi à démontrer le contrôle cohérent de trois types de qubits différents, chacun contribuant à l'activité globale de leur réseau quantique. De plus, les chercheurs ont mis en œuvre des techniques de correction d'erreurs Bit-FLIP sur leur réseau et ont pu détecter les erreurs de qubits logiques enchevêtrés avec un seul photon.
La mise en œuvre réussie de ces techniques est d'une importance clé, car la suppression des erreurs est au cœur du fonctionnement fiable de toutes les technologies quantiques. Leurs méthodes pourraient éventuellement être appliquées à des réseaux quantiques plus importants, facilitant potentiellement leur déploiement futur dans des contextes réels.
« Au cours des 10 dernières années, notre équipe a progressivement développé divers outils pour atteindre cet objectif, y compris le contrôle individuel des spins d'électrons, des spins nucléaires et des photons uniques associés à un centre d'appartenance à l'azote », a expliqué Hou.
« Nous avons également enchevêtré séparément les tours d'électrons avec des tours nucléaires à proximité et des photons uniques. Les approches récentes combinent ces techniques développées et démontrent la capacité de les contrôler toutes avec une fidélité relativement élevée. »
Les derniers efforts de recherche de cette équipe représentent une étape supplémentaire vers la réalisation de réseaux quantiques évolutifs qui fonctionnent de manière fiable avec un minimum d'erreurs, ce qui pourrait à son tour les progrès dans de nombreux domaines. Par exemple, ces réseaux pourraient aider à accélérer les communications, à améliorer la détection et à prendre en charge certains calculs complexes qui ne peuvent pas être effectués par les systèmes informatiques classiques.
« Notre plan pour les recherches futures est d'inclure plus de qubits pour corriger les erreurs de flip bits et de phase, et d'améliorer encore les performances du système, comme la fidélité de détection », a ajouté Hou. « Une fois que nous sommes satisfaits des performances d'un seul nœud, nous pouvons créer un ou deux systèmes supplémentaires et faire un réseau quantique à petite échelle. »
