Un Quantum Boost pour un autre type d'ordinateur

S.Debnath

Des ordinateurs quantiques capables de calculs époustouflants pointent enfin à l'horizon. Mais à quoi ressembleront les premières machines utiles ?

Les poids lourds de l'industrie, y compris IBM , Google , microsoft , et Intel , ainsi que quelques startups comme Calcul des rejets et Circuits quantiques incorporés , font tous des progrès constants vers des ordinateurs quantiques plus performants en utilisant des circuits supraconducteurs refroidis à des températures extrêmes.

Pendant ce temps, deux équipes de recherche ont démontré qu'une approche largement ignorée par l'industrie - l'utilisation d'atomes piégés pour effectuer des calculs - peut être étendue à un nouveau niveau de complexité et utilisée pour effectuer un travail précieux. Les systèmes résultants ne sont pas des ordinateurs quantiques universels capables d'effectuer n'importe quel calcul, mais ils suggèrent qu'une approche atomique pourrait avoir plus de potentiel que prévu. Les travaux suggèrent également que les atomes pourraient finalement offrir un meilleur moyen de transformer les systèmes de laboratoire en ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle.

L'approche supraconductrice s'est avérée fructueuse en partie parce que les techniques d'ingénierie utilisées pour fabriquer les circuits en silicium ont été perfectionnées au cours des dernières décennies (voir 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers). Mais il est possible de construire un ordinateur quantique en utilisant un large éventail d'approches.

Histoire connexe

Histoire connexe

Dans deux papiers publié aujourd'hui dans la revue La nature , une équipe du MIT et de Harvard à Cambridge, Massachusetts, et une autre de l'Université du Maryland et du National Institute of Standards à Washington DC, révèlent qu'ils ont construit des types spécialisés de calculatrices quantiques, chacune utilisant plus de 50 qubits - eh bien au-delà de ce qui avait été démontré précédemment. Dans les deux cas, les chercheurs ont créé des simulateurs quantiques, des machines capables d'utiliser des calculs analogiques pour modéliser l'interaction des particules quantiques.

Les deux systèmes utilisent tous deux des atomes mais fonctionnent de manière différente. Le système MIT-Harvard gère 51 qubits en utilisant des lasers pour piéger les atomes neutres dans un état excité. La machine Maryland-NIST, qui gère 53 qubits, piège les ions ytterbium en place à l'aide d'électrodes recouvertes d'or. Ensemble, ils suggèrent qu'une approche alternative à la construction de machines quantiques pourrait encore avoir le potentiel de défier celle poursuivie par l'industrie.

Bien que notre système ne constitue pas encore un ordinateur quantique universel, nous pouvons le programmer efficacement en contrôlant les interactions entre les qubits, explique Mikhaïl Loukine , un physicien de Harvard qui a développé l'un des systèmes en collaboration avec Vladan Vulétique au MIT.

Will Zeng, chercheur chez Rigetti Computing, une entreprise qui a reçu des dizaines de millions de dollars en capital-risque pour poursuivre l'informatique quantique, affirme que la simulation quantique à cette échelle est une étape importante. En fait, simuler des effets quantiques était l'objectif initial d'un ordinateur quantique proposé par le physicien Richard Feynman il y a plus de 40 ans. Maintenant, les scientifiques sont capables de montrer une partie du potentiel inhérent aux ordinateurs quantiques, donc les résultats sont passionnants, dit-il.

Les ordinateurs quantiques fonctionnent d'une manière fondamentalement différente des ordinateurs conventionnels. Alors qu'un ordinateur normal prend des bits d'information binaires, codés comme un ou 0 , et effectue des calculs les uns après les autres, un ordinateur quantique exploite deux caractéristiques contre-intuitives du mécanisme quantique - l'intrication et la superposition - pour effectuer des calculs en parallèle. En conséquence, il peut calculer avec de grandes quantités d'informations en beaucoup moins de temps. Plusieurs dizaines de bits quantiques peuvent effectuer des calculs sur des milliards d'informations en une seule étape.

La technologie est restée une chimère parmi les physiciens pendant des années, mais elle a sans aucun doute un énorme potentiel. L'enthousiasme grandit maintenant à l'idée de construire enfin des machines capables de faire un travail utile.

La référence de 50 qubits est importante car autour de ce point, les machines quantiques deviennent capables d'effectuer des calculs qu'il serait difficile, voire impossible, d'exécuter même sur le supercalculateur le plus énorme disponible. Certains scientifiques appellent cela la suprématie quantique (voir Google Reveals a Blueprint for Quantum Supremacy et IBM Raises the Bar with a 50-Qubit Quantum Computer). IBM et Google développent tous deux des ordinateurs quantiques supraconducteurs polyvalents capables d'utiliser à peu près le même nombre de qubits.

Peut-être plus important encore, les qubits des nouveaux systèmes atomiques pourraient être mieux adaptés à une mise à l'échelle, selon Chris Monroe , professeur à l'Université du Maryland et auteur principal de l'un des articles. Les qubits dans les systèmes à semi-conducteurs ne sont pas identiques, ce qui signifie qu'un système doit être soigneusement calibré, ce qui peut être délicat à mesure que la taille d'une machine augmente. En revanche, les qubits fabriqués à l'aide d'atomes, bien que plus difficiles à contrôler, sont identiques et ne nécessitent aucun réglage. Les atomes sont, en un sens, le qubit parfait, dit Monroe. Il ajoute que les systèmes atomiques peuvent s'avérer plus faciles à reconfigurer, les rendant plus aptes à résoudre un plus large éventail de problèmes.

Cela ne veut pas dire que construire des systèmes quantiques plus grands et plus pratiques sera facile pour tout le monde. Nous pensons pouvoir atteindre environ un millier de bits quantiques de manière simple, mais la situation est moins claire au-delà de cela, explique Vuletic.

Tout aussi important, nous n'obtenons que des indices sur l'utilité réelle des ordinateurs quantiques. Dans une étude historique publiée en septembre, une équipe d'IBM a utilisé un ordinateur quantique, appelé IBM Q, pour simuler la structure de l'hydrure de béryllium, la molécule la plus complexe jamais analysée de cette manière.

Nous ne saurons probablement pas de quoi ces machines sont capables tant que de nombreux autres ingénieurs et programmeurs ne mettront pas la main dessus. Nous commençons à dépasser l'ère de la physique vers l'ingénierie quantique, déclare Monroe de l'UMD.

cacher