La recherche de la DARPA mène à une découverte révolutionnaire dans le domaine de l’informatique quantique, en développant le premier circuit de qubit logique au monde – Le débriefing

Une équipe de scientifiques de Harvard travaillant sur un projet financé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a annoncé une avancée significative dans le domaine de l’informatique quantique.

Les chercheurs travaillant avec le programme Optimisation avec Noisy Intermediate-Scale Quantum (ONISQ) affirment avoir créé le premier circuit quantique au monde utilisant des bits quantiques logiques (qubits). Cette innovation marque un pas important vers l’informatique quantique tolérante aux pannes, promettant de révolutionner la conception des processeurs informatiques quantiques.

Créé en 2020, la DARPA affirme que le programme ONISQ vise à développer des moyens de surpasser les capacités des supercalculateurs classiques pour résoudre des problèmes d’optimisation combinatoire, une classe difficile de problèmes liés aux secteurs de la défense et du commerce.

« Le programme d’optimisation avec des dispositifs quantiques à échelle intermédiaire bruyants (ONISQ) vise à exploiter le traitement de l’information quantique avant que des ordinateurs quantiques entièrement tolérants aux pannes ne soient réalisés », a écrit la DARPA dansdocumentsfourni lors d’un événement de la Journée du proposant 2019. « Cet effort poursuivra un concept hybride combinant des dispositifs quantiques de taille intermédiaire avec des systèmes classiques pour résoudre un ensemble de problèmes particulièrement difficiles appelés optimisation combinatoire. »

Début 2020, la DARPA a attribué un contrat de 6,3 millions de dollars à ColdQuanta, une société d’informatique quantique basée au Colorado, pour diriger le projet ONISQ. En novembre 2023, ColdQuanta a été rebaptisée Infleqtion, se concentrant ainsi sur les produits commerciaux d’informatique quantique.

La DARPA a attribué cette récente percée de l’informatique quantique aux efforts collaboratifs de chercheurs de Harvard, du MIT, de QuEra Computing, de Caltech et de Princeton. L’équipe de recherche était dirigée par le codirecteur de la Harvard Quantum Initiative et professeur de physique, le Dr Mikhail Lukin.

Dans leurs recherches, l’équipe de l’ONISQ s’est concentrée sur les qubits de Rydberg, un type de qubits physiques non logiques. Grâce à cet effort, ils ont réussi à développer des techniques permettant de créer des qubits logiques corrigeant les erreurs à partir de ces qubits Rydberg « bruyants ».

Les qubits logiques sont essentiels pour réaliser une informatique quantique tolérante aux pannes, car ils conservent leur état quantique malgré les erreurs, ce qui les rend fiables pour résoudre des problèmes complexes.

Le laboratoire de Harvard a construit avec succès des circuits quantiques comprenant environ 48 qubits logiques Rydberg, le plus grand assemblage de qubits logiques à ce jour.

La nature homogène des qubits de Rydberg, où chaque qubit se comporte de manière identique, offre un avantage significatif par rapport aux autres types de qubits comme les qubits supraconducteurs, qui sont uniques et non interchangeables. Cette homogénéité permet une mise à l’échelle rapide et une manipulation facile à l’aide de lasers sur un circuit quantique.

Le Dr Mukund Vengalattore, responsable du programme ONISQ au Bureau des sciences de la défense de la DARPA, a souligné le potentiel transformateur de cette découverte.

« Les qubits de Rydberg ont la caractéristique bénéfique d’être homogènes dans leurs propriétés, ce qui signifie que chaque qubit est impossible à distinguer du suivant dans la façon dont ils se comportent », a déclaré le Dr Vengalattore dans un article.déclarationdélivré par la DARPA. « Ce n’est pas le cas pour d’autres plates-formes telles que les qubits supraconducteurs, où chaque qubit est unique et donc non interchangeable. »

Selon le Dr Vengalattore, les qubits de Rydberg peuvent être reconfigurés dynamiquement et transportés à travers le circuit quantique à l’aide d’une pince laser, permettant ainsi des opérations ne se limitant pas aux processus séquentiels. Cette capacité ouvre de nouveaux paradigmes dans la conception de processeurs informatiques quantiques évolutifs.

Le Dr Guido Zuccarello, conseiller technique du programme ONISQ, a salué l’approche exploratoire de la DARPA comme jouant un rôle crucial dans la libération du potentiel des qubits de Rydberg dans l’informatique quantique.

« Si quelqu’un avait prédit il y a trois ans, au début du programme ONISQ, que les atomes neutres de Rydberg pourraient fonctionner comme des qubits logiques, personne ne l’aurait cru », a déclaré le Dr Zuccarello. « C’est la façon dont la DARPA parie sur le potentiel de ces qubits moins étudiés ainsi que sur les ions et les circuits supraconducteurs les plus bien étudiés. En tant que programme exploratoire, l’ONISQ a donné aux chercheurs la possibilité d’explorer des applications uniques et nouvelles au-delà du simple objectif d’optimisation.

« En conséquence, l’équipe dirigée par Harvard a pu exploiter davantage le potentiel de ces qubits de Rydberg et les transformer en qubits logiques, ce qui constitue une découverte très importante. »

Alors que bien plus de 48 qubits logiques sont nécessaires pour résoudre les problèmes envisagés pour les ordinateurs quantiques, les chercheurs affirment que l’avènement révolutionnaire des premiers quantiques à correction d’erreurs « trace la voie vers des processeurs logiques à grande échelle ».

Cette avancée remet également en question la croyance traditionnelle selon laquelle des millions de qubits physiques sont nécessaires à l’informatique quantique tolérante aux pannes. Grâce aux circuits quantiques reconfigurables dynamiquement, le nombre de qubits logiques nécessaires pour résoudre des problèmes spécifiques pourrait être bien inférieur à ce que l’on pensait auparavant.

La DARPA a attribué l’application accélérée des techniques de détection quantique de Rydberg à l’engagement de l’agence depuis près de vingt ans dans la recherche quantique et à combler le fossé entre la détection quantique et la science de l’information quantique.

Selon le Dr Vengalattore, les chercheurs de l’ONISQ pourraient s’appuyer sur une « riche boîte à outils de connaissances quantiques » développée dans le cadre de plusieurs programmes de la DARPA.

« Cette boîte à outils comprenait des informations fondamentales et techniques approfondies issues de nombreux programmes DARPA, notamment OLE [Optical Lattice Emulator]QuASAR [Quantum-Assisted Sensing and Readout]ATN [All Together Now]et DRINQS [Driven and Nonequilibrium Quantum Systems] », a expliqué le Dr Vengalattore.

Les détails techniques de la percée de l’équipe de Harvard sont détaillés dans un article publié dansNatureoffrant un aperçu de l’avenir de l’informatique quantique.

En fin de compte, l’avènement de l’informatique quantique devrait révolutionner le monde de manière profonde, à l’image de l’impact transformateur d’Internet.

Le saut technologique promet un changement de paradigme en termes de puissance et d’efficacité de traitement en tirant parti des phénomènes de mécanique quantique, redéfinissant ainsi notre approche de la résolution de problèmes dans divers domaines, de la cryptographie à la science des matériaux et au-delà.

Les experts estiment que les effets d’entraînement de l’informatique quantique vont probablement imprégner tous les aspects de la société, remodelant potentiellement les industries, les économies et la vie quotidienne, marquant ainsi une nouvelle ère dans le progrès technologique humain.

Comme le souligne le Dr Vengalattore, cette récente découverte n’est pas seulement une fin, mais une autre étape vers la réalisation de l’informatique quantique.

« Aussi passionnants et transformateurs que soient ces résultats, nous considérons cela comme un tremplin vers une vision à plus long terme visant à actualiser des voies révolutionnaires vers l’informatique quantique à correction d’erreurs et d’autres domaines de la technologie quantique. »

Tim McMillan est un responsable des forces de l’ordre à la retraite, journaliste d’investigation et co-fondateur de The Debrief. Ses écrits se concentrent généralement sur la défense, la sécurité nationale, la communauté du renseignement et des sujets liés à la psychologie. Vous pouvez suivre Tim sur Twitter :@LtTimMcMillan. Tim peut être contacté par e-mail :tim@thedebrief.orgou par e-mail crypté :LtTimMcMillan@protonmail.com