Les photons dansent le long d'une ligne de qubits supraconducteurs

Lorsque je pense à l'informatique, j'y pense généralement en termes de portes logiques individuelles effectuant des opérations spécifiques. Celles-ci peuvent être combinées pour créer des opérations plus sophistiquées et utiles et peuvent être finalement intégrées dans une catastrophe telle que EndNote. Même lorsque je fais un changement conceptuel et que je pense à l'informatique quantique, je reste bloqué à penser aux portes de la logique quantique.

Mais il est plus que probable que l’informatique quantique n’utilise pas directement les portes logiques. Si les portes logiques ne vont pas être une chose en informatique quantique, comment allons-nous calculer? L'une des méthodes consiste à effectuer un recuit, sur lequel j'ai beaucoup écrit.

Mais le beau-fils négligé de l'informatique quantique est ce qu'on appelle une "marche aléatoire quantique". Dans un miracle mineur, les chercheurs ont montré une marche aléatoire quantique à travers une chaîne de 12 bits quantiques. C’est le genre de démarche qui pourrait annoncer le début de la démonstration d’un ordinateur quantique basé sur une marche aléatoire.

Calcul aléatoire

La marche aléatoire quantique tire parti de l'idée qu'il n'est pas nécessaire de localiser les objets quantiques dans l'espace ou dans le temps: une particule est aussi une onde et les ondes sont étalées. Donc, si j’ai un objet quantique et que je lui offre deux chemins à parcourir, il s’étendra et descendra en même temps. Ce n’est qu’après avoir effectué une mesure, ou si quelque chose le long du chemin détruit l’état quantique, que le chemin emprunté par l’objet sera certain.

Un calcul peut être effectué en codant le problème dans le réseau de chemins disponibles pour un état quantique. Les qubits se répandront à travers le réseau et interféreront entre eux et entre eux à tout endroit où les chemins se croisent. À la sortie, la valeur la plus probable pour les qubits correspond à la réponse au problème.

La difficulté de cette approche est de créer un réseau de chemins et de veiller à ce que les qubits restent bien unis. Nous avons essentiellement besoin que chaque qubit se comporte de manière parfaitement prévisible lorsqu'il se déplace dans le réseau. Nous pourrions ne pas être en mesure de prédire la valeur du qubit si nous devions le mesurer, mais nous devrions pouvoir prédire la probabilité du résultat de la mesure.

Malheureusement, chaque imperfection du réseau perturbe le qubit et réduit sa prévisibilité. Cela, à son tour, réduit les chances d'obtenir la bonne réponse à notre calcul. Assez d'imperfections, et l'ordinateur n'est pas mieux que de deviner au hasard.

Marcher dans les calculs

Pour démontrer que les informations quantiques sont préservées lors de leur propagation aléatoire, un groupe de chercheurs a assemblé une chaîne de 12 qubits supraconducteurs. Les chercheurs ont défini le qubit moyen dans un état spécifique. Cet État peut alors passer du qubit de son domicile au qubit suivant, à gauche ou à droite. Donc, étant un qubit, ça va dans les deux sens à la fois.

Les propriétés de la chaîne signifient que le qubit sautera d'emplacement à des heures bien définies. Ainsi, en répétant et en arrêtant l'expérience, les chercheurs ont été en mesure de suivre l'évolution du qubit le long de la chaîne. Ils ont observé que le qubit frappait simultanément les deux extrémités de la chaîne et commençait à retourner au milieu. Le qubit le fait plus de deux fois avant de se décomposer en bruit, ce qui est assez remarquable.

C'était bien, mais aucun calcul ne sera fait. Celles-ci exigent que, si deux qubits sont corrélés lorsqu'ils sont lâchés, ils doivent l'être quand même après avoir parcouru la chaîne. Les chercheurs ont effectué ce test en définissant la valeur de deux qubits et en les laissant interférer. Ils ont montré que les corrélations étaient préservées. Mieux encore, la nature de la corrélation observée (anti-groupage, pour ceux qui veulent le terme technique) était déterminée par la manière dont ils avaient configuré le couplage entre les emplacements de qubit dans la chaîne.

Cela démontre un troisième point important. Le calcul repose sur plus que le simple fait d’avoir et de préserver les qubits; vous devez également contrôler leurs interactions. Bien que les chercheurs ne jouent pas avec cela, le fait même qu'ils puissent configurer le couplage pour obtenir des corrélations spécifiques montre qu'ils ont déjà le contrôle.

La nature nous a battus

La partie la plus intéressante des ordinateurs quantiques à promenade aléatoire est peut-être qu'ils existent déjà, et nous n'existerions pas si cela ne fonctionnait pas.

Peut-être que je devrais expliquer ça. La photosynthèse fonctionne parce que la lumière crée une particule quantique appelée exciton qui doit se déplacer vers un centre de réaction avant de disparaître complètement. Le seul moyen d'y parvenir est de parcourir simultanément tous les chemins possibles. Grâce à la puissance des interférences constructives (ou, si vous préférez, de l'informatique quantique), l'exciton survit environ 1 000 fois plus longtemps que prévu, ce qui lui permettrait d'atteindre le centre de réaction.

Comme la photosynthèse a lieu à la température ambiante, cela me laisse espérer que l'ordinateur quantique finira par sortir du réfrigérateur à dilution d'hélium.

Science, 2019, DOI: 10.1126 / science.aaw1611 (À propos des DOI)