Les scientifiques travaillent sur l’intégration des propriétés des ordinateurs quantiques dans les ordinateurs classiques

Un groupe de scientifiques de l’Université de Linköping a réussi à démontrer comment fonctionne un ordinateur quantique et a pu simuler les propriétés de celui-ci dans un ordinateur classique.

« Nos résultats devraient être très importants pour déterminer comment construire un ordinateur quantique », a déclaré le professeur Jan-Åke Larsson.

La Suède, l’Europe et d’autres parties du monde ont investi des ressources importantes et se concentrent sur la recherche pour créer des ordinateurs quantiques très puissants. Dans les dix prochaines années, un ordinateur quantique suédois devrait être construit, et l’UE a considéré la technologie quantique comme l’un de ses principaux projets.

Actuellement, nous avons peu d’algorithmes utiles qui peuvent être utilisés pour les ordinateurs quantiques. Même si c’est le cas, ce type de technologie sera extrêmement important pour la simulation de systèmes biologiques, chimiques et physiques. Beaucoup de ces systèmes sont trop complexes pour les ordinateurs les plus puissants que nous avons actuellement. Dans un ordinateur, un bit peut prendre la valeur de zéro ou un, mais un bit quantique peut prendre toutes les valeurs intermédiaires. Cela signifie que les ordinateurs quantiques n’ont pas besoin d’effectuer autant d’opérations pour chaque calcul.

Le professeur Jan-Åke Larsson et son étudiant doctorant Niklas Johansson, de la Division de codage d’information du département de génie électrique de l’Université de Linköping, ont découvert pourquoi un ordinateur quantique est plus puissant qu’un ordinateur classique. Ils ont également examiné ce qui se passe à l’intérieur d’un ordinateur quantique.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue scientifique Entropy.

« Nous avons montré que la principale différence est que les ordinateurs quantiques ont deux degrés de liberté pour chaque bit. En simulant un degré de liberté supplémentaire dans un ordinateur classique, nous pouvons exécuter certains algorithmes à la même vitesse qu’ils le feraient dans un ordinateur quantique », déclare Jan-Åke Larsson.

L’équipe a créé un outil de simulation appelé Quantum Simulation Logic, ou QSL. Il leur permet de simuler le fonctionnement d’un ordinateur quantique sur un ordinateur classique. La Quantum Simulation Logic a une propriété spécifique, et c’est la seule propriété qu’un ordinateur quantique possède et qu’un ordinateur classique ne possède pas. C’est un degré de liberté supplémentaire pour chaque bit qui fait partie du calcul.

« Ainsi, chaque bit a deux degrés de liberté : il peut être comparé à un système mécanique dans lequel chaque partie a deux degrés de liberté – position et vitesse. Dans ce cas, nous traitons de bits de calcul – qui portent des informations sur le résultat de la fonction, et des bits de phase – qui portent des informations sur la structure de la fonction », explique Jan-Åke Larsson.

L’outil QSL a été utilisé par l’équipe pour étudier certains algorithmes quantiques qui sont responsables de la gestion de la structure de la fonction. Beaucoup de ces algorithmes sont aussi rapides dans les simulations qu’ils le seraient dans un ordinateur quantique.

« Le résultat montre que la vitesse supérieure des ordinateurs quantiques provient de leur capacité à stocker, traiter et récupérer des informations dans un degré de liberté supplémentaire. Cela nous permet de mieux comprendre comment fonctionnent les ordinateurs quantiques. De plus, ces connaissances devraient faciliter la construction d’ordinateurs quantiques, puisque nous savons quelle propriété est la plus importante pour que l’ordinateur quantique fonctionne comme prévu », déclare Jan-Åke Larsson.

L’équipe a également construit une version physique avec des composants électroniques. Ils ont utilisé des portes similaires à celles des ordinateurs quantiques, et un outil de simulation simule le fonctionnement de l’ordinateur quantique. Cela peut permettre aux étudiants et à d’autres de simuler et de comprendre comment fonctionnent la cryptographie quantique et la téléportation quantique, entre autres aspects des ordinateurs quantiques.

Cette nouvelle recherche peut contribuer à l’augmentation des liens entre l’informatique quantique et l’intelligence artificielle. L’un de ces liens est la mise en correspondance de caractéristiques. D’autres recherches menées par des scientifiques d’IBM Research, du MIT et d’Oxford ont montré que, à mesure que les ordinateurs quantiques deviennent plus puissants, ils seront capables de réaliser une mise en correspondance de caractéristiques sur des structures de données très complexes, ce que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire. La mise en correspondance de caractéristiques est importante dans l’apprentissage automatique, et elle peut conduire à une intelligence artificielle plus efficace qui pourrait identifier des modèles dans les données que les ordinateurs classiques ne peuvent pas détecter.

À mesure que davantage de recherches sont menées dans ces domaines, il y aura de plus en plus de liens entre ces deux domaines importants.