une-équipe-crée-un-simulateur-quantique-de-256-qubits

Une équipe de physiciens du Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms et d’autres universités a mis au point un type particulier d’ordinateur quantique, appelé simulateur quantique programmable, capable de fonctionner avec 256 bits quantiques, ou « qubits ».

La construction de machines quantiques

Ce système marque une étape importante vers la construction de machines quantiques à grande échelle qui pourraient être utilisées pour faire la lumière sur une multitude de processus quantiques complexes et, à terme, contribuer à des percées concrètes dans les domaines de la science des matériaux, des technologies de communication, de la finance et bien d’autres encore, en surmontant les obstacles à la recherche qui dépassent les capacités actuelles des superordinateurs les plus rapides. Les Qubits sont les éléments fondamentaux sur lesquels fonctionnent les ordinateurs quantiques et la source de leur puissance de traitement massive.

« Mikhail Lukin, professeur de physique et l’un des principaux auteurs de cette étude publiée a déclaré : « nous entrons dans un tout nouveau domaine où personne ne s’est jamais rendu jusqu’à présent. Nous entrons dans une partie complètement nouvelle du monde quantique ».

Selon Sepehr Ebadi, étudiant en physique et auteur principal de cette étude, c’est la combinaison de la taille et de la programmabilité sans précédent de ce système qui le place à la pointe de la course à l’ordinateur quantique, qui exploite les propriétés mystérieuses de la matière à des échelles extrêmement petites pour faire progresser considérablement la puissance de traitement. Dans les bonnes conditions, l’augmentation du nombre de qubits signifie que ce système peut stocker et traiter une quantité d’informations exponentiellement supérieure à celle des bits classiques sur lesquels fonctionnent les ordinateurs standard.

Un nombre d’états quantiques considérable

« Le nombre d’états quantiques possibles avec seulement 256 qubits dépasse le nombre d’atomes du système solaire », a déclaré M. Ebadi pour expliquer la taille considérable de ce système. Ce simulateur a déjà permis aux chercheurs d’observer plusieurs états quantiques exotiques de la matière qui n’avaient jamais été réalisés expérimentalement auparavant, et de réaliser une étude de transition de phase quantique si précise qu’elle sert d’exemple de manuel sur le fonctionnement du magnétisme au niveau quantique.

Ces expériences fournissent un aperçu puissant de la physique quantique qui sous-tend les propriétés des matériaux et peuvent aider à montrer aux scientifiques comment concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés exotiques.

Ce projet utilise une version considérablement améliorée d’une plateforme que les chercheurs ont développée en 2017, qui était capable d’atteindre une taille de 51 qubits. Cet ancien système permettait aux chercheurs de capturer des atomes de rubidium ultrafroids et de les disposer dans un ordre spécifique à l’aide d’un réseau unidimensionnel de faisceaux laser focalisés individuellement, appelés pinces optiques.

Ce nouveau système permet d’assembler les atomes dans des réseaux bidimensionnels de pinces optiques. Cela augmente la taille du système réalisable de 51 à 256 qubits. Grâce aux pinces, les chercheurs peuvent disposer les atomes selon des modèles exempts de défauts et créer des formes programmables telles que des treillis carrés, en nid d’abeille ou triangulaires afin de mettre au point différentes interactions entre les qubits.

« Le cheval de bataille de cette nouvelle plateforme est un dispositif appelé modulateur spatial de lumière, qui est utilisé pour façonner un front d’onde optique afin de produire des centaines de faisceaux de pinces optiques focalisés individuellement », a déclaré Ebadi. « Ces dispositifs sont essentiellement les mêmes que ceux utilisés à l’intérieur d’un projecteur d’ordinateur pour afficher des images sur un écran, mais nous les avons adaptés pour en faire un composant essentiel de notre simulateur quantique. »

Le chargement initial des atomes dans les pinces optiques est aléatoire, et les chercheurs doivent déplacer les atomes pour les disposer dans leurs géométries cibles. Les chercheurs utilisent un deuxième ensemble de pinces optiques mobiles pour faire glisser les atomes jusqu’à l’emplacement souhaité, éliminant ainsi le caractère aléatoire initial. Les lasers permettent aux chercheurs de contrôler totalement le positionnement des qubits atomiques et leur manipulation quantique cohérente.

Une course mondiale pour construire des ordinateurs quantiques

« Notre travail s’inscrit dans une course mondiale très intense et très visible pour construire des ordinateurs quantiques plus grands et plus performants », a déclaré Tout Wang, chercheur associé en physique à Harvard et l’un des auteurs d’un article. « L’effort global [au-delà du nôtre] implique des institutions de recherche universitaires de premier plan et des investissements majeurs du secteur privé de la part de Google, IBM, Amazon et bien d’autres. »

Les chercheurs travaillent actuellement à l’amélioration de leur système en améliorant le contrôle laser sur les qubits et en rendant ce système plus programmable. Ils explorent également activement la manière dont ce système peut être utilisé pour de nouvelles applications, allant du sondage des formes exotiques de la matière quantique à la résolution de problèmes difficiles du monde réel qui peuvent être naturellement codés sur les qubits.

« Ces travaux ouvrent la voie à un grand nombre de nouvelles orientations scientifiques », a déclaré M. Ebadi. « Nous sommes loin d’avoir atteint les limites de ce qui peut être fait avec ces systèmes ».

Cette recherche a été publiée dans Nature.

Source : Harvard University
Crédit photo : iStock

Une équipe crée un simulateur quantique de 256 qubitsmartinTechnologie
Une équipe de physiciens du Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms et d'autres universités a mis au point un type particulier d'ordinateur quantique, appelé simulateur quantique programmable, capable de fonctionner avec 256 bits quantiques, ou 'qubits'. La construction de machines quantiques Ce système marque une étape importante vers la construction de machines...