Un pas de plus vers les ordinateurs quantiques

Les ordinateurs les plus puissants d’aujourd’hui permettent de réaliser des calculs très complexes. Cependant, il n’est pas possible de résoudre les problèmes (nombreux) où le nombre de solutions possibles croît exponentiellement. Comment résoudre ces problèmes ? En créant des ordinateurs quantiques !

Aujourd’hui, les bits, unités de mesure de base en informatique, peuvent exister sous deux formes seulement : 0et 1. Or les bits quantiques peuvent exister dans des états qui correspondent à 0 et 1 à la fois : c’est la superposition quantique. Cependant, ces états superposés peuvent exister seulement s’ils ne sont pas mesurés ou observés. Par conséquent, les qubits (bits quantiques) doivent à la fois être isolés et interagir avec de nombreux autres qubits.

Une solution prometteuse consiste à construire de petits systèmes de qubits reliés entre eux par des liens optiques. L’information stockée dans un qubit est transférée à un autre qubit par le biais d’un photon, particule élémentaire composant la lumière. Un tel système présente deux obstacles conséquents : un photon transporte une très faible quantité d’énergie et les systèmes minuscules contenant les qubits interagissent peu avec de la lumière si faible.

Prof. Dayan et son équipe à l’Institut Weizmann, que vous pouvez voir ci-dessous, essaient, comme plusieurs équipes dans le monde, de trouver une solution à ces obstacles. Ils ont réussi, pour la première fois, à créer une porte logique dans laquelle un photon et un atome échangent automatiquement l’information qu’ils transportent.

Photo. L’équipe du Prof. Dayan à l’Institut Weizmann (crédits : Institut Weizmann)

Le principe est le suivant : le photon transporte un qubit et l‘atome, qui est un système quantique, est un autre qubit. Chaque fois qu’ils se rencontrent, ils échangent automatiquement et systématiquement leurs informations. Cette porte logique peut donc être utilisée pour échanger de l’information à la fois à l’intérieur de et entre ordinateurs quantiques. Cette porte ne nécessite pas de contrôle extérieur et peut par conséquent être utilisée pour créer de larges réseaux. Un pas de plus vers les ordinateurs quantiques !

Sources :
• https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/light-exchange
• https://www.nature.com/articles/s41567-018-0241-6.pdf

Rédactrice : Odélia Teboul (odelia.teboul1[a]mail.huji.ac.il), doctorante à l’Université hébraïque de Jérusalem