Un exemple souvent répété illustre le potentiel ahurissant de l'informatique quantique: une machine avec 300 bits quantiques pourrait simultanément stocker plus d'informations que le nombre de particules dans l'univers connu.
Maintenant, traitez ceci: les scientifiques de Harvard viennent de dévoiler un système 10 fois plus grand et la première machine quantique capable de fonctionner en continu sans redémarrage.
Dans un article publié dans la revue Naturel'équipe a démontré un système de plus de 3 000 bits quantiques (ou qubits) qui pourraient fonctionner pendant plus de deux heures, sur la surmontation d'une série de défis techniques et représentant une étape importante vers la construction des super ordinateurs, qui pourraient révolutionner la science, la médecine, la finance et d'autres domaines.
« Nous avons démontré l'opération continue avec un système de 3 000 qubit », a déclaré Mikhail Lukin, Joshua et Beth Friedman University Professor et codirecteur de la Quantum Science and Engineering Initiative, et auteur principal du nouveau journal. « Mais il est également clair que cette approche fonctionnera également pour des chiffres beaucoup plus importants. »
La collaboration dirigée par Harvard comprenait des chercheurs du MIT et était dirigé conjointement par Lukin, Markus Greiner, George Vasmer Leverett professeur de physique, et Vladan Vulétic, Leter Wolfe professeur de physique au MIT. L'équipe mène des recherches en collaboration avec Quera Computing, une société de démarrage transformée par Harvard-Mit Labs.
Les ordinateurs conventionnels codent les informations – d'une vidéo sur votre téléphone aux mots et images de cette page – en bits avec un code binaire. Les ordinateurs quantiques utilisent des particules subatomiques dans les atomes individuels et profitent des propriétés contre-intuites de la physique quantique pour obtenir beaucoup plus de puissance de traitement.
Les bits conventionnels binaires stockent des informations en tant que zéros ou. Les qubits peuvent être nuls, un ou les deux en même temps – et cette combinaison linéaire d'amplitudes est la clé de la puissance de l'informatique quantique.
Dans les ordinateurs conventionnels, le doublement du nombre de bits double la puissance de traitement; Dans les ordinateurs quantiques, l'ajout de qubits augmente de façon exponentielle la puissance en raison d'un processus appelé enchevêtrement quantique.
Mais la réalisation de grands systèmes quantiques a posé des défis majeurs.
Les systèmes d'atomes neutres (ceux qui n'ont pas de charge électrique car ils ont un nombre égal de protons et d'électrons) sont devenus l'une des plates-formes les plus prometteuses pour les ordinateurs quantiques.
Mais un problème obstiné a été la «perte d'atomes» – les qubits s'échappant et perdant leurs informations codées. Cette lacune a des expériences limitées aux efforts à un coup dans lesquels les chercheurs doivent faire une pause, recharger les atomes et recommencer.
Dans la nouvelle étude, l'équipe a conçu un système pour réapprovisionner continuellement et rapidement les qubits en utilisant des « courbes de convoyeurs de réseau optique » (ondes laser qui transportent des atomes) et des « pincettes optiques » (faisceaux laser qui saisissent les atomes individuels et les organisent en tableaux de type grille). Le système peut recharger jusqu'à 300 000 atomes par seconde.
« Nous montrons un moyen où vous pouvez insérer de nouveaux atomes car vous les perdez naturellement sans détruire les informations déjà dans le système », a déclaré Elias Trapp, co-auteur du papier et doctorat. Élève à la Kenneth C. Griffin School of Arts and Sciences étudiant la physique. « Cela résout vraiment ce goulot d'étranglement fondamental de perte d'atomes. »
Le nouveau système a exploité un éventail de plus de 3 000 Qubits pendant plus de deux heures – et en théorie, ont déclaré que les chercheurs pourraient se poursuivre indéfiniment. Plus de deux heures, plus de 50 millions d'atomes avaient parcouru le système.
Lukin a ajouté: « Ce nouveau type de fonctionnement continu du système, impliquant la capacité de remplacer rapidement les qubits perdus, peut être plus important dans la pratique qu'un nombre spécifique de qubits. »
Dans les expériences de suivi, l'équipe prévoit d'appliquer cette approche pour effectuer des calculs.
Neng-Chun Chiu, auteur principal de l'étude et un Ph.D. de Harvard Griffin. L'étudiant en physique, a déclaré: « Ce qui nous fait vraiment ressortir, c'est la combinaison de trois choses: l'échelle, la préservation des informations quantiques et la rendez-vous à l'ensemble du processus pour être utile. »
La nouvelle étude fait progresser une frontière de recherche en développement rapide. En fait, cette semaine, une équipe de Caltech a publié un système de 6100 qubit, mais il ne pouvait fonctionner que moins de 13 secondes.
Dans un autre article également publié dans Naturel'équipe de Harvard-MIT a démontré une architecture pour les réseaux d'atomes reconfigurables pour simuler des aimants quantiques exotiques.
L'approche permet de modifier la connectivité du processeur pendant le processus de calcul. En revanche, la plupart des puces informatiques existantes – comme celles de votre téléphone portable ou de votre bureau – ont une connectivité fixe.
« Nous pouvons littéralement reconfigurer l'ordinateur quantique atomique pendant son fonctionnement », a déclaré Lukin. « Fondamentalement, le système devient un organisme vivant. »
Dans un troisième article publié dans Naturel'équipe démontre une architecture quantique avec de nouvelles méthodes de correction d'erreur. Avec ce nouvel ensemble de recherches, Lukin estime qu'il est désormais possible d'envisager des ordinateurs quantiques qui peuvent exécuter des milliards d'opérations et continuer à fonctionner pendant des jours.
« Réaliser ce rêve est maintenant à notre vue directe pour la première fois, jamais », a-t-il déclaré. « On peut vraiment voir un chemin très direct vers la réalisation. »
