Le premier ordinateur quantique basé sur des atomes
Un ordinateur quantique qui utilise des atomes ordinaires pour effectuer des calculs pourrait rivaliser avec des dispositifs plus exotiques, même si l’un de ses créateurs estime qu’il reste des défis à relever pour développer cette technologie.
Un ordinateur quantique programmable
Les ordinateurs quantiques les plus puissants utilisés aujourd’hui reposent sur des supraconducteurs ou des ions piégés pour former la base de leurs qubits, ou bits quantiques. Ces deux systèmes présentent des inconvénients : les qubits supraconducteurs, comme ceux utilisés par Google, nécessitent des températures ultra-froides, tandis qu’il est difficile d’agencer les qubits à ions piégés ou supraconducteurs de manière à ce qu’ils puissent tous communiquer entre eux.
Mark Saffman, de l’université du Wisconsin-Madison, et ses collègues ont construit un ordinateur quantique alternatif utilisant six qubits constitués d’atomes de césium à charge neutre, par opposition aux ions chargés.
Ces atomes qui sont piégés dans une grille avec des lasers, sont suffisamment éloignés les uns des autres pour qu’ils n’interagissent pas. Mais lorsque des atomes individuels sont excités par un laser brillant à la bonne fréquence, leurs électrons en orbite se déplacent si loin de leurs atomes parents qu’ils peuvent s’enchevêtrer avec leurs voisins – un phénomène-clé pour un ordinateur quantique.
Cette structure bidimensionnelle offre un avantage par rapport à la configuration des machines à ions piégés, qui sont normalement configurées en ligne pour supprimer les interactions indésirables entre les particules chargées, ce qui limite leur capacité à communiquer.
Ils peuvent être reconfigurés
« Étant donné que tout se fait à l’aide de faisceaux laser, vous pouvez réellement reconfigurer les positions de tous vos qubits », explique Charles Adams de l’université de Durham (Royaume-Uni), qui n’a pas participé à ces travaux. « Ainsi, si vous décidez d’exécuter un algorithme différent avec une connectivité différente entre les qubits, vous pouvez simplement reprogrammer l’emplacement des qubits. »
Certains algorithmes sont difficiles à exécuter sur des ordinateurs quantiques à ions piégés ou supraconducteurs, car ils nécessitent une grande connectivité entre les qubits. C’est le cas des algorithmes d’estimation de phase utilisés en chimie quantique, qui mesurent l’évolution de l’état d’un système quantique dans le temps. Ces algorithmes pourraient s’avérer plus réalisables sur des machines à atomes neutres.
Saffman et ses collègues ont construit le premier ordinateur quantique à atomes neutres entièrement programmable, ce qui signifie qu’il peut exécuter n’importe quel algorithme quantique et qu’il pourrait théoriquement être mis à l’échelle pour rivaliser avec d’autres approches de pointe.
Ces ordinateurs se heurtent à des obstacles
Saffman travaille également pour une société appelée ColdQuanta, qui cherche à développer un ordinateur quantique à atomes neutres commercial. Toutefois, il estime que la construction de machines plus grandes se heurte encore à des obstacles, comme l’introduction de la capacité des qubits à corriger les erreurs. « Je ne veux absolument pas exagérer notre situation actuelle. Au fur et à mesure que nous progressons dans le développement de ces machines, je pense que la route devient plus raide, et non l’inverse », dit-il.
Ce nouveau dispositif n’est pas le seul à démontrer les promesses des machines à atomes neutres. La start-up française Pasqal a mis au point un ordinateur spécial à atomes neutres doté de plus de 100 qubits, conçu pour modéliser des problèmes chimiques complexes. Mikhail Lukin, de l’université de Harvard, et ses collègues ont construit une machine à atomes neutres qui permet aux qubits de s’enchevêtrer avec des qubits beaucoup plus éloignés que leurs voisins, bien qu’elle ne soit pas entièrement programmable.
Ils pourront concurrencer les qubits supraconducteurs
« Ces machines sont en train d’entrer dans un espace où, dans les années à venir, elles pourront sérieusement concurrencer les qubits supraconducteurs et les ions piégés », explique Andrew Daley de l’université de Strathclyde, au Royaume-Uni. « Le développement rapide de ces dernières années a été passionnant ».
Cette recherche a été pré-publiée dans arXiv.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay