Les tableaux d'atomes apparaissent comme un candidat surprise pour l'informatique quantique

La prochaine percée informatique tant attendue devrait venir des ordinateurs dits quantiques, qui utiliseront les phénomènes quantiques pour accélérer le traitement et améliorer radicalement le stockage des données. À présent, un diplômé en physique de l’Université Havard a mis au point un système remarquable et unique qui pourrait mener à la percée attendue de l’informatique quantique.

Ce qui est peut-être le plus extraordinaire du système construit par Harry Levine et son équipe, dirigée par Mikhail Lukin, dans son petit laboratoire au sous-sol de l'université, est l'absence de puces de processeur. L’ordinateur de Levine est alimenté par 51 atomes de rubidium stockés dans une cellule de verre. Ces atomes sont alignés fichier unique par un laser divisé en 51 faisceaux.

Les atomes sont ralentis jusqu'à ce qu'ils soient presque immobiles par d'autres lasers, tandis qu'un autre jeu de lasers permet à l'utilisateur d'encourager les atomes à interagir. C'est à partir de ces interactions que des calculs peuvent être effectués.

Le dispositif expérimental utilisé par Levine et son équipe de Harvard (Levine, Keesling, Omran)

L'avantage qu'un ordinateur quantique confère est la capacité d'un système quantique à se superposer à des états. Cela signifie qu’alors qu’un «bit» normal ne peut avoir que deux états possibles: 0 ou 1, un qubit peut coder pour un et zéro simultanément dans une superposition d’états.

Si elle est agrandie, cette configuration devrait largement surpasser les ordinateurs traditionnels.

Même parmi les ordinateurs quantiques, cette configuration est tout à fait remarquable. La plupart des qubits qui ont été explorés jusqu'à présent ont été construits sur du silicium, des fils supraconducteurs et des structures semi-conductrices connues sous le nom de points quantiques. Ce travail s'appuie sur des recherches récentes utilisant des atomes neutres pour former des qubits.

On pensait auparavant que les atomes neutres étaient un mauvais choix pour les qubits en raison de leur manque de charge électrique et qu’ils n’interagissaient donc pas facilement avec d’autres atomes. Les physiciens peuvent surmonter cette difficulté en utilisant des rafales au laser à un moment précis pour exciter l’électron le plus externe et le déplacer du noyau de l’atome vers un «état de Rydberg». Cela a pour effet d’augmenter considérablement la taille de l’atome.

V. Altounian (Science)

Dans cet état de Rydberg, l'atome se comporte davantage comme un ion, un atome auquel des électrons lui sont arrachés, ce qui signifie qu'ils sont plus susceptibles d'interagir de manière électromagnétique avec les atomes voisins. L'interaction a pour effet général d'empêcher ces atomes voisins d'entrer eux-mêmes dans un état de Rydberg.

Cela confère aux atomes un état intriqué, nécessaire pour effectuer des calculs quantiques. Une mesure sur l'un ou l'autre atome réduit la superposition créée par le fait qu'un atome est à l'état de Rydberg et l'autre pas.

L'avantage conféré par les atomes neutres est qu'ils sont tous identiques, qu'ils peuvent être emballés dans un espace beaucoup plus étroit que les qubits à base de silicium et qu'ils ne doivent pas non plus être conservés à des températures extrêmement froides, contrairement aux qubits supraconducteurs. De plus, comme les atomes neutres sont moins susceptibles d'interagir, cela signifie qu'ils sont moins susceptibles d'interférer les uns avec les autres et de perdre les informations quantiques stockées.

Ainsi, les atomes neutres offrent l'avantage de l'évolutivité et d'une meilleure performance globale.

Les travaux de Lukin, publiés dans la dernière édition de la revue Physical Review Letters, démontrent la capacité de programmer une porte logique à deux rubinium avec une précision de 97%. Cela signifie que la méthode de Rydberg de création de bits est proche de la fidélité des bits supraconducteurs, qui se situe actuellement à 99%.

En outre, une autre recherche publiée à peu près à la même époque a renforcé la polyvalence des qubits de Rydberg.

Une équipe de chercheurs français a publié une étude dans l'édition de septembre de Nature dans laquelle ils ont pu démontrer un contrôle remarquable sur un réseau 3D de 72 atomes neutres. Ils étaient capables de compresser les atomes de manière dense, ce qui ne peut pas être fait avec des ions car ces derniers s'abrogent mutuellement en raison de leur charge identique.

Bien que Levine soit convaincu que le système qu'il a aidé à créer profitera au secteur des télécommunications, d'autres sont moins convaincus.

"Comparativement aux autres qubits, les atomes neutres ont tendance à ne pas rester en place", a déclaré Varun Vaidya, physicien à Xanadu, une société d'informatique quantique. Cela signifie que les systèmes utilisant des atomes neutres peuvent ne pas convenir à des tâches plus longues car leur stabilité fait défaut.

Il ne fait aucun doute qu'il reste une multitude de questions sur le potentiel de l'informatique quantique et sur la manière de fournir le meilleur qubit. Les systèmes Rydberg peuvent bien fournir les réponses requises.

commentaires

Publié à l'origine sur sciscomedia.co.uk le 29 septembre 2018.