Des impulsions composites permettent une informatique quantique sans erreur
Pour tirer pleinement profit de leur potentiel, il faut que les ordinateurs quantiques répondent à des critères spécifiques: ils doivent disposer d’un nombre considérablement élevé de qubits et se montrer capables de traiter les erreurs. Les qubits sont particulièrement sujets aux erreurs: une onde radio ou un flash lumineux les traversant suffisent à perturber leur état quantique et à causer des ravages dans les calculs d’un ordinateur quantique. Plus de précision dans les calculs quantiques Entrepris avec le soutien de la bourse Marie Skłodowska-Curie, financée par l’UE, le projet COPQE a mené des recherches révolutionnaires sur la réduction du bruit environnemental et sur l’optimisation du contrôle des qubits. La nouveauté du projet réside dans le développement d’impulsions composites, une technique d’ingénierie quantique capable de corriger toute erreur présente au niveau du traitement de l’information quantique. Cette tolérance aux défaillances a été obtenue à l’aide d’une correction des erreurs quantiques, où les informations sont codées de manière redondante, ce qui permet de détecter les erreurs sans détruire les données quantiques. «Les impulsions composites présentent plusieurs avantages: elles donnent aux qubits – indépendamment de leur état initial – un niveau incroyable de contrôle, de précision et d’insensibilité à la présence d’erreurs. Elles aident également à créer des états quantiques de haute fidélité pour les qubits envoyés dans des guides d’ondes photoniques intégrés par défaut», explique la Dre Elica Kyoseva, coordinatrice du projet. Les impulsions composites ont affiché une perte de fidélité négligeable – le taux de précision était supérieur à la limite de 99,99 % pour le traitement de l’information quantique – avec une surcharge minimale en termes d’impulsions (la plus petite séquence ne contenait que deux impulsions). «Éclairer» le chemin vers l’informatique quantique Les recherches menées dans le cadre de COPQE renforcent le potentiel de la photonique quantique intégrée à l’informatique quantique. La photonique quantique intégrée – la science consistant à générer, manipuler et détecter de la lumière dans des régimes où il est possible de contrôler de manière cohérente les photons – est un domaine fondamental pour l’exploration des phénomènes quantiques. Les photons étant des vecteurs d’information quantique particulièrement attrayants, la photonique quantique devrait également jouer un rôle central dans les avancées du traitement de l’information quantique. «Les résultats du projet feront office de pierre angulaire pour l’expérimentation de divers protocoles de traitement de l’information quantique. Grâce à eux, l’informatique quantique haute fidélité dans les circuits photoniques intégrés fait également un pas en vue d’une possible application pratique», souligne la Dre Kyoseva. Comme elle le décrit plus en détail, les impulsions composites ont été initialement développées pour atténuer les fluctuations de l’intensité du champ oscillant d’entraînement dans la résonance magnétique nucléaire. Depuis lors, ils ont suscité un intérêt considérable pour l’ingénierie quantique en raison de leur robustesse face aux erreurs. Jusqu’à présent, aucune impulsion composite n’a été réalisée dans les systèmes photoniques intégrés. L’impact de l’informatique quantique De par leur capacité à exécuter des processus en parallèle, au contraire des ordinateurs classiques qui effectuent des tâches de manière séquentielle, les ordinateurs quantiques pourront analyser des mégadonnées et résoudre des problèmes d’optimisation complexes beaucoup plus rapidement. «Les ordinateurs quantiques présentent un énorme potentiel pour redéfinir les industries existantes, notamment la sécurité informatique quantique, les services financiers, le développement de médicaments, la science des matériaux, les produits pharmaceutiques et d’autres industries gourmandes en données. À cette fin, de nombreux efforts sont mis en œuvre pour faire en sorte que l’usage de cette technologie ne soit plus confiné au domaine des laboratoires et qu’elle trouve sa place dans des applications réelles. Le principal obstacle réside dans l’extrême sensibilité des systèmes quantiques à leur environnement, ce qui réduit considérablement la précision des opérations quantiques et conduit à la destruction des calculs quantiques», note la Dre Kyoseva. Il reste encore beaucoup à faire en sciences et en ingénierie pour améliorer la stabilité du qubit. Réduire le bruit et optimiser le contrôle des erreurs sur les qubits constitue un pas important dans cette direction. Les méthodes du projet pour le contrôle des qubits, qui reposent sur des impulsions composites, s’avèrent très pertinentes pour un traitement de l’information quantique sans erreur.
Mots‑clés
COPQE, qubits, traitement de l’information quantique, impulsions composites, calcul quantique, fidélité, photonique intégré, bruit environnemental, correction d’erreur
