L’informatique quantique est un pas de plus vers les applications du monde réel

Alors que le marché de l’informatique quantique devrait atteindre 65 milliards de dollars d’ici 2030, il existe encore de nombreux obstacles avant qu’il ne soit mis en œuvre dans le monde réel. Cependant, l’informatique quantique a le potentiel de résoudre de nombreux problèmes complexes. Les équipes de recherche dans les universités et les institutions privées du monde entier travaillent dur pour rendre cela possible.

L’une de ces équipes est dirigée par Xu Yi, professeur adjoint d’ingénierie électrique et informatique à la School of Engineering and Applied Science de l’Université de Virginie.

Son équipe a créé un créneau dans la physique et les applications des dispositifs photoniques, qui sont utilisés pour détecter et façonner la lumière pour des applications telles que les communications et l’informatique. L’équipe a développé une plate-forme d’informatique quantique évolutible qui réduit considérablement le nombre de dispositifs nécessaires pour atteindre la vitesse quantique, et cela a pu être réalisé sur un circuit photonique de la taille d’une pièce de monnaie.

L’équipe comprenait également Olivier Pfister, professeur d’optique quantique et d’information quantique à l’UVA, et Hansuek Lee, professeur adjoint à l’Institut de science et de technologie avancées de Corée.

La recherche a été publiée dans Nature Communications.

Il a également été soutenu par Zijiao Yang, étudiant en doctorat en physique, et Mandana Jahanbozorgi, étudiant en doctorat en ingénierie électrique et informatique. Les deux sont les co-auteurs principaux de l’article.

Informatique quantique et traitement de l’information

L’informatique quantique ouvre une nouvelle voie de traitement de l’information, et elle permet à votre ordinateur de bureau ou portable de traiter l’information en chaînes longues de bits. Un bit contient soit une valeur zéro, soit une valeur un, et les ordinateurs quantiques traitent l’information en parallèle, ce qui signifie qu’ils n’ont pas besoin d’attendre qu’une séquence d’information soit traitée avant de passer à d’autres. Un qubit est le bloc de construction fondamental de l’informatique quantique, et c’est une unité d’information qui peut être à la fois zéro et un en même temps. Un mode quantique, d’autre part, couvre l’ensemble du spectre de variables entre zéro et un.

Les chercheurs travaillent maintenant sur différentes approches pour produire efficacement de grands nombres de qumodes nécessaires pour atteindre les vitesses quantiques.

La nouvelle approche basée sur la photonique développée par Yi est particulièrement utile, car un champ de lumière est également à spectre complet. Cela signifie que chaque onde lumineuse dans le spectre a le potentiel de devenir une unité quantique. Yi a émis l’hypothèse que la lumière atteindrait un état quantique si les champs de lumière étaient intriqués.

Création du système

L’équipe de Yi a créé une source quantique dans un micro-résonateur optique, qui est une structure en forme d’anneau de la taille d’un millimètre qui enveloppe les photons avant de générer un microscope, un dispositif qui convertit les photons de longueurs d’onde uniques en longueurs d’onde multiples. La lumière circule autour de l’anneau et accumule la puissance optique, ce qui augmente les chances d’interaction entre les photons. Cela produit à son tour une intrication quantique entre les champs de lumière dans le micro-comb.

L’équipe de Yi a utilisé la multiplexage pour vérifier la génération de 40 qumodes à partir d’un seul micro-résonateur sur un circuit, et ils ont démontré que la multiplexage des modes quantiques peut fonctionner sur des plateformes photoniques intégrées.

“Nous estimons que lorsque nous optimiserons le système, nous pourrons générer des milliers de qumodes à partir d’un seul dispositif”, a déclaré Yi.

Grâce à la technique de multiplexage de Yi, nous sommes plus proches de l’utilisation de l’informatique quantique dans des conditions du monde réel, où il y a des erreurs inévitables. Ces erreurs sont dues aux états quantiques et à leur nature fragile.

Le nombre d’erreurs pourrait nécessiter plus d’un million de qubits pour les compenser, et il y a une augmentation proportionnelle du nombre de dispositifs. La multiplexage réduit ce nombre de dispositifs de deux ou trois ordres de grandeur.

Il y a deux autres avantages à la système basé sur la photonique de Yi. Premièrement, parce que le photon n’a pas de masse, les ordinateurs quantiques avec des circuits photoniques intégrés peuvent fonctionner ou dormir à température ambiante. Lee a également fabriqué le micro-résonateur sur un circuit en silicium à l’aide de techniques de lithographie standard. Cela signifie que le résonateur ou la source quantique pourrait être produite en masse.

“Nous sommes fiers de pousser les frontières de l’ingénierie dans l’informatique quantique et d’accélérer la transition de l’optique en vrac à la photonique intégrée”, a déclaré Yi. “Nous allons continuer à explorer des moyens d’intégrer des dispositifs et des circuits dans une plateforme d’informatique quantique basée sur la photonique et d’optimiser ses performances.”