Le chat de Schrödinger fabrique de meilleurs qubits
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L’informatique quantique utilise les principes de la mécanique quantique pour coder et élaborer des données, ce qui signifie qu’elle pourrait un jour résoudre des problèmes de calcul insolubles avec les ordinateurs actuels. Alors que ces derniers fonctionnent avec des bits, qui représentent soit un 0 soit un 1, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits – les unités fondamentales de l’information quantique.
“Avec des applications allant de la découverte de médicaments à l’optimisation et aux simulations de systèmes et de matériaux biologiques complexes, l’informatique quantique a le potentiel de remodeler de vastes domaines de la science, de l’industrie et de la société”, déclare le professeur Vincenzo Savona, directeur du Center for Quantum Science and Engineering. à l’EPFL.
Contrairement aux bits classiques, les qubits peuvent exister dans une “superposition” des états 0 et 1 en même temps. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’explorer plusieurs solutions simultanément, ce qui pourrait les rendre beaucoup plus rapides dans certaines tâches de calcul. Cependant, les systèmes quantiques sont délicats et sensibles aux erreurs causées par les interactions avec leur environnement.
“Développer des stratégies pour protéger ou qubits de cela ou pour détecter et corriger les erreurs une fois qu’elles se sont produites est crucial pour permettre le développement d’ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes”, explique Savona. Avec les physiciens de l’EPFL Luca Gravina et Fabrizio Minganti, ils ont fait une percée significative en proposant un “code de chat de Schrödinger critique” pour une résilience avancée aux erreurs. L’étude introduit un nouveau schéma de codage qui pourrait révolutionner la fiabilité des ordinateurs quantiques.
Qu’est-ce qu’un “code de chat de Schrödinger critique” ?
En 1935, le physicien Erwin Schrödinger a proposé une expérience de pensée comme critique de la compréhension dominante de la mécanique quantique à l’époque – l’interprétation de Copenhague. Dans l’expérience de Schrödinger, un chat est placé dans une boîte scellée avec un flacon de poison et une source radioactive. Si un seul atome de la source radioactive se désintègre, la radioactivité est détectée par un compteur Geiger, qui brise alors le flacon. Le poison est libéré, tuant le chat.
Selon la vision de Copenhague de la mécanique quantique, si l’atome est initialement en superposition, le chat héritera du même état et se retrouvera dans une superposition de vivants et de morts. “Cet état représente exactement la notion d’un bit quantique, réalisé à l’échelle macroscopique”, explique Savona.
Au cours des dernières années, les scientifiques se sont inspirés du chat de Schrödinger pour mettre au point une technique de codage appelée “code du chat de Schrödinger”. Ici, les états 0 et 1 du qubit sont codés sur deux phases opposées d’un champ électromagnétique oscillant dans une cavité résonnante, de la même manière que les états morts ou vivants du chat.
“Les codes de chat de Schrödinger ont été réalisés dans le passé en utilisant deux approches distinctes”, explique Savona. “L’un exploite les effets anharmoniques dans la cavité, l’autre s’appuie sur des pertes de cavité soigneusement conçues. Dans notre travail, nous avons comblé les deux en opérant dans un régime intermédiaire, combinant le meilleur des deux mondes. Bien que précédemment considéré comme infructueux, ce régime hybride se traduit par des capacités de suppression d’erreurs améliorées.” L’idée de base est d’opérer à proximité du point critique d’une transition de phase, à laquelle se réfère la partie “critique” du code de chat critique.
Le code de chat critique présente un avantage supplémentaire : il présente une résistance exceptionnelle aux erreurs résultant de décalages de fréquence aléatoires, qui posent souvent des défis importants aux opérations impliquant plusieurs qubits. Cela résout un problème majeur et ouvre la voie à la réalisation de dispositifs avec plusieurs qubits en interaction mutuelle – l’exigence minimale pour construire un ordinateur quantique.
“Nous apprivoisons le chat quantique”, déclare Savona. “En opérant dans un régime hybride, nous avons développé un système qui surpasse ses prédécesseurs, ce qui représente un bond en avant significatif pour les cat qubits et l’informatique quantique dans son ensemble. L’étude est une étape importante sur la voie de la construction de meilleurs ordinateurs quantiques, et présente L’engagement de l’EPFL à faire avancer le domaine de la science quantique et à libérer le véritable potentiel des technologies quantiques.
