Des scientifiques proposent des ordinateurs quantiques avec une conception plus simple

Des Scientifiques Proposent Des Ordinateurs Quantiques Avec Une Conception Plus

Une série de questions pratiques a conduit les chercheurs à explorer la possibilité de construire des ordinateurs quantiques plus simples. Comme ces machines sont aujourd’hui souvent compliquées à construire, difficiles à mettre à l’échelle et nécessitent des températures plus froides que l’espace interstellaire pour fonctionner, de nombreux scientifiques ont réfléchi à des alternatives capables de surmonter ces défis.

Des scientifiques proposent des ordinateurs quantiques avec une conception plus

Les chercheurs visent à construire des ordinateurs quantiques avec une conception plus simple. Image : Recherche IBM / Flickr

Parmi les solutions trouvées figurait la création d’ordinateurs quantiques fonctionnant sur la base de photons – des particules légères qui peuvent facilement transporter des informations d’un endroit à un autre. De cette façon, les ordinateurs quantiques photoniques sont capables de fonctionner à température ambiante, ce qui est une approche prometteuse.

Cependant, bien que les gens aient réussi à créer des « portes logiques » quantiques individuelles pour les photons, il est particulièrement laborieux de construire un grand nombre de portes et de les connecter de manière fiable pour effectuer des calculs complexes.

Le projet suggère l’utilisation de composants accessibles dans les nouveaux ordinateurs quantiques

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Stanford en Californie ont proposé une conception plus intelligible pour les ordinateurs quantiques photoniques utilisant des composants abordables, selon un article publié dans la revue scientifique. Optique ce lundi (29).

Selon la publication, le projet proposé utilise un laser pour manipuler un seul atome qui, à son tour, peut changer l’état des photons grâce à un phénomène appelé « téléportation quantique ».

Cet atome peut être réinitialisé et réutilisé pour de nombreux portails quantiques, éliminant ainsi le besoin de construire plusieurs portails physiques distincts, ce qui réduit considérablement la complexité de construction d’un ordinateur quantique.

« Normalement, si vous vouliez construire un ordinateur quantique, vous devriez prendre potentiellement des milliers d’émetteurs quantiques, les rendre parfaitement indiscernables, puis les intégrer dans un circuit photonique géant », a déclaré Ben Bartlett, docteur en sciences appliquées. physique et auteur principal de l’article. « Comme pour ce projet, nous n’avons besoin que d’une poignée de composants relativement simples, et la taille de la machine n’augmente pas avec la taille du programme quantique que vous souhaitez exécuter. »

Cette conception extrêmement simple, selon Bartlett, ne nécessite que quelques équipements tels qu’un câble à fibre optique, un diviseur de faisceau, une paire de commutateurs optiques et une cavité optique.

Comme le souligne le site Physique, heureusement, ces composants existent déjà et sont disponibles dans le commerce. Ils sont continuellement affinés au fur et à mesure qu’ils sont utilisés dans diverses applications au-delà de l’informatique quantique. Par exemple, les entreprises de télécommunications s’efforcent d’améliorer les câbles à fibres optiques depuis des années.

L'image illustre un câble à fibre optique à l'intérieur
Les câbles à fibres optiques sont un exemple d’équipement courant que les chercheurs proposent d’utiliser dans de nouveaux projets d’ordinateurs quantiques. Image : bluebay –

« Ce que nous proposons ici, c’est de s’appuyer sur les efforts et les investissements que les gens ont déployés pour améliorer ces composants », a déclaré Shanhui Fan, professeur à la Joseph and Hon Mai Goodman School of Engineering de Stanford et auteur principal de l’article. « Ce ne sont pas de nouveaux composants spécifiquement pour l’informatique quantique. »

Connaître les détails du projet

La conception se compose de deux sections principales : un anneau de stockage et une unité d’épandage. L’anneau de stockage, qui fonctionne de manière similaire à la mémoire d’un ordinateur ordinaire, est une boucle de fibre optique contenant plusieurs photons qui circulent autour de l’anneau.

De manière analogue aux bits qui stockent des informations dans un ordinateur classique, dans ce système, chaque photon représente un bit quantique, ou « qubit ». La direction de déplacement du photon autour de l’anneau de stockage détermine la valeur du qubit, qui en tant que bit peut être 0 ou 1. De plus, comme les photons peuvent exister dans deux états en même temps, un photon individuel peut circuler simultanément. les deux sens, représentant également une combinaison de deux valeurs de 0 et 1 en même temps.

Selon les chercheurs, ils peuvent manipuler un photon en le dirigeant de l’anneau de stockage vers l’unité de diffusion, où il se déplace vers une cavité contenant un seul atome.

Ensuite, le photon interagit avec l’atome, provoquant l’intrication des deux, dans un phénomène quantique par lequel deux particules peuvent s’influencer, même à grande distance.

Ensuite, le photon retourne dans l’anneau de stockage et un laser modifie l’état de l’atome. Étant donné que l’atome et le photon sont intriqués, la manipulation de l’atome influence également l’état de son photon apparié.

« En mesurant l’état de l’atome, vous pouvez téléporter des opérations sur des photons », a déclaré Bartlett. « Nous n’avons donc besoin que d’un qubit atomique contrôlable et nous pouvons l’utiliser comme proxy pour manipuler indirectement tous les autres qubits photoniques. »

Étant donné que n’importe quelle porte logique quantique peut être compilée en une séquence d’opérations exécutées sur l’atome, il est, en principe, possible d’exécuter n’importe quel programme quantique de n’importe quelle taille en utilisant un seul qubit atomique contrôlable.

Pour exécuter un programme, le code est traduit en une séquence d’opérations qui dirigent les photons vers l’unité de diffusion et manipulent le qubit atomique. Parce qu’il est possible de contrôler la façon dont l’atome et les photons interagissent, le même appareil peut exécuter de nombreux programmes quantiques différents.

« Pour de nombreux ordinateurs quantiques photoniques, les portes sont les structures physiques que les photons traversent, donc si vous souhaitez modifier le programme en cours d’exécution, cela implique souvent de reconfigurer physiquement le matériel », a déclaré Bartlett. « Alors que, dans ce cas, vous n’avez pas besoin de changer le matériel – vous avez juste besoin de donner à la machine un ensemble d’instructions différent. »

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