Les physiciens développent un algorithme pour rendre les calculs quantiques plus efficaces

L’informatique quantique est l’un des outils les plus puissants à la disposition de la société, avec le potentiel de résoudre de nombreux problèmes extrêmement complexes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas gérer. Cependant, pour atteindre les ordinateurs quantiques les plus puissants, il faut augmenter l’efficacité.

Les physiciens quantiques de l’Université du Sussex s’attaquent à ce problème d’efficacité. Ils ont créé un nouvel algorithme qui peut augmenter la vitesse du taux de calcul dans les ordinateurs quantiques actuellement en développement. L’algorithme fournit une nouvelle façon de router les ions autour de l’ordinateur quantique, ce qui augmente l’efficacité des calculs.

L’algorithme de « routage » a été détaillé dans l’article de recherche intitulé « Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer », qui a été publié dans la revue Advanced Quantum Technologies.

L’équipe était dirigée par le professeur Winfried Hensinger et comprenait Mark Webber, le Dr Steven Haerbert et le Dr Sebastian Weidt.

Hensinger et Webber ont récemment lancé leur propre entreprise, Universal Quantum. Elle vise à construire le premier ordinateur quantique à grande échelle, et plusieurs investisseurs technologiques de haut niveau ont exprimé leur intérêt.

Algorithme de routage

L’algorithme de routage fonctionne en régulant le trafic dans un ordinateur quantique, ce qui permet aux qubits d’être physiquement transportés sur de longues distances. Cela permet aux qubits d’interagir les uns avec les autres, et les données peuvent se déplacer efficacement dans l’ordinateur quantique sans aucun blocage.

L’un des aspects fondamentaux des ordinateurs quantiques est les qubits, ou les bits quantiques, qui sont utilisés pour traiter l’information. L’équipe a d’abord analysé un ordinateur quantique « à ions piégés », qui se compose de puces de silicium avec des atomes chargés. Ces atomes chargés, ou ions, flottent au-dessus de la surface de la puce, et ils sont utilisés pour stocker des données. Chaque ion peut contenir un qubit d’information quantique.

Pour effectuer des calculs sur ce type d’ordinateur quantique, les ions doivent être déplacés. La puissance de l’ordinateur quantique dépend de la vitesse et de l’efficacité avec lesquelles cela peut se produire.

Superconducteurs vs ions piégés

Il existe deux principaux dispositifs utilisés dans le domaine de l’informatique quantique : les dispositifs supraconducteurs et les dispositifs à ions piégés.

Les dispositifs supraconducteurs sont utilisés par certaines grandes entreprises comme IBM et Google (GOOGL ), tandis que les dispositifs à ions piégés sont utilisés par l’équipe de l’Université du Sussex et d’autres entreprises.

Les ordinateurs quantiques supraconducteurs s’appuient sur des qubits stationnaires, et la plupart du temps, ils ne peuvent interagir qu’avec des qubits qui se trouvent juste à côté les uns des autres. Pour que des calculs aient lieu entre des qubits qui ne sont pas directement l’un à côté de l’autre, il faut une communication via une chaîne de qubits adjacents.

Au fur et à mesure que l’information se déplace d’un qubit à l’autre, elle devient plus corrompue à mesure que la chaîne est plus longue. En raison de cela, les ordinateurs quantiques supraconducteurs sont considérés par l’équipe comme ayant une puissance de calcul limitée.

En raison de ces limitations, l’équipe a choisi de développer un nouvel algorithme de routage pour l’architecture à ions piégés. La méthode actuelle pour mesurer la puissance de calcul des ordinateurs quantiques à court terme est le « Volume quantique », que l’équipe a pu utiliser pour comparer leur modèle aux supraconducteurs.

L’équipe a constaté que leur modèle à ions piégés était plus cohérent et performant que celui des qubits supraconducteurs, et cela était dû à leur algorithme permettant aux qubits d’interagir directement avec plus de qubits. Cette méthode donne lieu à une puissance de calcul attendue plus élevée.

« Nous pouvons maintenant prédire la puissance de calcul des ordinateurs quantiques que nous construisons. Notre étude a révélé un avantage fondamental pour les dispositifs à ions piégés, et le nouvel algorithme de routage nous permettra de maximiser les performances des premiers ordinateurs quantiques », a déclaré Webber.

Selon Hensinger, « En effet, ce travail est une autre pierre d’achoppement vers la construction d’ordinateurs quantiques pratiques qui peuvent résoudre des problèmes du monde réel ».