Les chercheurs de l’Institut Niels Bohr, l’Université de Münster et la Ruhr-Universität Bochum ont récemment fait des avancées notables en matière de technologies quantiques. Ils ont mis au point une technologie capable de traiter les quantités gigantesques d’informations générées par les systèmes quantiques.
Leurs sources lumineuses à photons uniques produisent des bits quantiques à une vitesse incroyable, et sont désormais couplées à des circuits photoniques intégrés spécialement conçus pour traiter l’information quantique sans dégrader les états quantiques sensibles. Les premiers pas vers des dispositifs quantiques photoniques capables de simuler d’autres systèmes quantiques complexes ont donc été franchis. Leurs découvertes sont publiées dans Science Advances.
Le professeur Peter Lodahl et le groupe de recherche Quantum Photonics de l’Institut Niels Bohr travaillent dans ce domaine depuis près de vingt ans. Ils ont notamment démontré un lien de communication chiffré en photons uniques à l’automne 2022 et ont bénéficié d’un investissement record dans l’essaimage de Sparrow Quantum.
Le Pr. Lodahl explique que le terme « simulateur quantique » décrit un ordinateur spécialisé qui simule des systèmes quantiques en traitant l’information quantique que les ordinateurs classiques peinent à gérer.
La gestion de l’information quantique demande une capacité exponentiellement croissante sur un ordinateur classique lorsqu’on augmente le nombre de bits quantiques. Cela signifie que même des problèmes quantiques relativement simples ne peuvent pas être résolus sur des ordinateurs classiques », ajoute Stefano Paesani, l’un des chercheurs principaux du projet.
Le simulateur quantique a une application interdisciplinaire majeure dans le cadre du projet de la Fondation Novo Nordisk, « Solid-State Quantum Simulators for Biochemistry (SolidQ)« . Les photons interagissant dans un circuit photonique peuvent être utilisés pour décrire les caractéristiques des processus biochimiques. On peut utiliser un système (les photons) pour en apprendre davantage sur un autre système (la biomolécule), car le simulateur quantique photonique peut traiter les informations quantiques complexes qui le décrivent.
La difficulté réside dans le fait de traiter les photons qui sont émis à la vitesse de la lumière et en grand nombre, très rapidement et sans perte. Les erreurs doivent être minimisées.
Grâce à la collaboration avec l’Université de Münster, les groupes ont développé des circuits photoniques capables de traiter les bits quantiques provenant de la source photonique, et ont réussi à faire coïncider les deux systèmes.
Un simulateur quantique repose sur la congruence entre différents systèmes quantiques
« Nous pouvons en apprendre davantage sur un système en étudiant l’autre, c’est-à-dire que nous pouvons « faire correspondre » un système à un autre. L’aperçu initial d’un système complexe est toutefois crucial. »
« Par exemple, il existe une correspondance naturelle entre les photons et la dynamique vibratoire des molécules : Lorsqu’une molécule vibre, son évolution est décrite par la même opération de mécanique quantique que celle qui décrit les photons envoyés à travers un circuit« , explique encore Peter Lodahl.
« Cette plateforme semble très prometteuse. En travaillant avec Münster, nous avons réussi à réaliser des circuits photoniques suffisamment efficaces et rapides pour suivre le rythme de nos sources de photons. Nous ouvrons maintenant la porte à de nouvelles applications« , conclut Stefano Paesani.
Légende illustration : Une puce programmable est utilisée pour traiter les informations quantiques transmises par des photons uniques. Chaque point rose représente un photon unique, et les liens entre eux représentent l’intrication quantique, c’est-à-dire la manière dont l’information quantique est partagée entre différents photons. Crédit : Foto : Stefano Paesani
