La recherche ouvre la porte à l’informatique quantique entièrement basée sur la lumière

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Une équipe de chercheurs de la NTT Corporation du Japon, de l’Université de Tokyo et du centre de recherche RIKEN ont annoncé le développement d’une approche complète de l’informatique quantique basée sur la photonique. Profitant des propriétés quantiques de pressé sources de lumière, les chercheurs s’attendent à ce que leurs travaux ouvrent la voie à des déploiements plus rapides et plus faciles de systèmes informatiques quantiques, évitant ainsi de nombreux pièges pratiques et évolutifs d’autres approches. De plus, l’équipe est convaincue que ses recherches peuvent mener au développement de systèmes informatiques quantiques à grande échelle et de la taille d’un rack, qui ne nécessitent pour la plupart aucune maintenance.

L’approche basée sur la lumière en elle-même apporte de nombreux avantages par rapport aux architectures informatiques quantiques traditionnelles, qui peuvent être basées sur un certain nombre d’approches (ions piégés, points quantiques en silicium et supraconducteurs topologiques, pour n’en nommer que quelques-uns). Cependant, toutes ces approches sont quelque peu limitées d’un point de vue physique : elles doivent toutes utiliser des circuits électroniques, ce qui conduit à un chauffage ohmique (la chaleur perdue résultant des déplacements des signaux électriques à travers un câblage semi-conducteur résistif). Dans le même temps, la photonique permet d’énormes améliorations de la latence en raison du déplacement des données à la vitesse de la lumière.

Photonique quantique

La mise à l’échelle des qubits en photonique quantique se fait en subdivisant de plus en plus le flux de lumière en segments temporels, chaque segment correspondant à des instructions et/ou des charges de travail. (Crédit image : NTT/RIKEN)

L’informatique quantique basée sur la photonique tire parti des propriétés quantiques émergentes de la lumière. Le terme technique ici est compression – plus une source de lumière est comprimée, plus elle présente un comportement quantique. Alors qu’un niveau de compression minimum de plus de 65% était auparavant considéré comme nécessaire pour débloquer les propriétés quantiques nécessaires, les chercheurs ont atteint un facteur plus élevé, 75% dans leurs expériences. Concrètement, leur système quantique débloque une bande de fréquences supérieure à 6 THz, profitant ainsi des avantages de la photonique pour l’informatique quantique sans réduire la large bande disponible à des niveaux inutilisables.

Photonique quantique

Résultats de mesure des niveaux de bruit quantique, les propriétés quantiques émergentes qui permettent l’informatique quantique basée sur la photonique. (Crédit image : NTT/RIKEN)

Les chercheurs s’attendent donc à ce que leur conception quantique basée sur la photonique permette des déploiements plus faciles – il n’y a pas besoin de contrôles de température exotiques (essentiellement des congélateurs inférieurs à zéro) qui sont généralement nécessaires pour maintenir la cohérence quantique sur d’autres systèmes. La mise à l’échelle est également facilitée et simplifiée : il n’est pas nécessaire d’augmenter le nombre de qubits en reliant plusieurs unités de calcul quantique plus petites et cohérentes. Au lieu de cela, le nombre de qubits (et donc les performances du système) peut être augmenté en divisant continuellement la lumière en « segments temporels » et en codant différentes informations dans chacun de ces segments. Selon l’équipe, cette méthode leur permet « d’augmenter facilement le nombre de qubits sur l’axe du temps sans augmenter la taille de l’équipement ».

Matériaux pour l'informatique quantique photonique

Les composants de base pour l’informatique quantique évolutive basée sur la photonique. (Crédit image : NTT/RIKEN)

Tous ces éléments combinés permettent une réduction des matières premières nécessaires tout en éliminant la complexité du maintien de la communication et de la cohérence quantique entre plusieurs petites unités de calcul quantique. Les chercheurs vont maintenant se concentrer sur la construction de l’ordinateur quantique basé sur la photonique. Compte tenu de la façon dont ils estiment que leur conception peut évoluer vers des « millions de qubits », leurs contributions pourraient permettre un saut révolutionnaire dans le calcul quantique qui saute le « long chemin à parcourir » attendu pour atteindre le nombre de qubits utiles.

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