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Des scientifiques viennent d’emballer 18 qubits – les unités les plus basiques de l’informatique quantique – en seulement six photons étrangement connectés. C’est un nombre sans précédent de trois qubits par photon, et un record pour le nombre de qubits liés entre eux par l’intrication quantique.

Pourquoi est-ce excitant ?

Tout le travail qui se passe dans un ordinateur conventionnel, y compris le périphérique que vous utilisez pour lire cet article, repose sur des calculs utilisant des bits, qui basculent entre deux états (généralement appelés « 1 » et « 0 »). Les ordinateurs quantiques calculent en utilisant des qubits, qui oscillent de la même manière entre deux états mais se comportent selon les règles les plus étranges de la physique quantique.

Contrairement aux bits conventionnels, les qubits peuvent avoir des états indéterminés – ni 1 et ni 0, mais une possibilité des deux – et deviennent étrangement connectés ou enchevêtrés, de sorte que le comportement d’un bit à un impacte directement sur l’autre. Ceci, en théorie, permet toutes sortes de calculs que les ordinateurs ordinaires ne peuvent pas faire. Cependant, pour le moment, l’informatique quantique en est à ses tout premiers stades expérimentaux; les chercheurs essayant toujours de déterminer ce qui est possible de faire avec cette nouvelle forme d’informatique, comme dans cette étude.

Cette réalisation, selon Sydney Schreppler, une physicienne quantique à l’Université de Californie à Berkeley qui n’était pas été impliqué dans cette recherche, était probablement possible seulement parce que l’équipe de l’Université des Sciences et Technologies de Chine (USTC) a réussi à emballer autant de qubits avec aussi peu de particules.

En intriquer une par une serait très lent

« Si le but était d’en faire 18, la façon dont d’autres chercheurs l’auraient fait dans le passé, auraient été de faire 18 particules emmêlées avec un qubit pour chacune », a-t-elle expliqué. « Ce serait un processus très lent. »

Il faut «plusieurs secondes» pour emmêler seulement les six particules utilisées dans cette expérience, explique-t-elle – ce qui est déjà une éternité dans le temps pour un ordinateur, où un nouveau processus d’enchevêtrement doit commencer pour chaque calcul, et chaque particule supplémentaire ajoutée à l’intrication prend plus de temps pour rejoindre la dernière, au point qu’il serait complètement déraisonnable de construire une intrication de 18 qubits.

Il y a plusieurs expériences quantiques impliquant plus de 18 qubits, mais dans celles-ci, les qubits ne sont pas tous enchevêtrés, car ces systèmes ne produisent que quelques qubits voisins pour chaque calcul.

Pour emballer chacune des six particules intriquées (photons, dans ce cas) avec trois qubits, les chercheurs ont profité des «multiples degrés de liberté» des photons, rapportaient-ils dans un article publié le 28 juin dans la revue Physical Review Letters et est également disponible sur le serveur arXiv.

Les photons ont de nombreux degrés de liberté

Lorsqu’un qubit est codé dans une particule, il est codé dans l’un des états dans lequel la particule peut basculer, comme sa polarisation ou son spin quantique. Chacun d’entre eux est un «degré de liberté». Une expérience quantique typique implique un seul degré de liberté pour toutes les particules impliquées. Mais les particules comme les photons ont de nombreux degrés de liberté, en codant plus d’une de celles-ci en même temps – quelque chose que les chercheurs ont déjà essayé, mais pas à l’extrême, explique Schreppler –  un système quantique peut contenir beaucoup plus d’informations avec moins de particules.

« C’est comme si vous aviez pris six bits dans votre ordinateur, mais que chaque bit avait triplé dans la quantité d’informations qu’il pouvait contenir », a déclaré Schreppler, « et ils peuvent le faire assez rapidement et assez efficacement. »

Le fait que les chercheurs de l’USTC aient réussi cette expérience, a-t-elle expliqué, ne signifie pas que les expériences d’informatique quantique ailleurs commenceront à impliquer beaucoup plus de degrés de liberté à la fois. Les photons sont particulièrement utiles pour certains types d’opérations quantiques – le plus important est le réseautage quantique, dans lequel l’information est transmise entre plusieurs ordinateurs quantiques. Mais d’autres formes de qubits, comme celles des patterns des supraconducteurs sur lesquels Schreppler travaille, pourraient ne pas prendre aussi facilement ce genre d’opération.

Les qubits intriqués interagissent-ils de manière égale ?

Une question qui demeure ouverte dans cette recherche, est de savoir si tous les qubits intriqués interagissent de manière égale, ou s’il existe des différences entre les interactions qubit sur les mêmes interactions de particules ou de qubits à travers différents degrés de liberté. Les chercheurs qui ont réussi à produire ces qubits, ont écrit dans leur publication que ce type de configuration expérimentale pourrait permettre certains calculs quantiques qui, jusqu’à présent, n’avaient été discutés que théoriquement et n’avaient jamais été mis en œuvre dans la réalité.

Source : Scientific American