L’équipe de recherche en informatique quantique optique du RIKEN développe une nouvelle approche de l’informatique quantique
Dans le domaine en plein effervescence de l’informatique quantique, une équipe de chercheurs du RIKEN Center for Quantum Computing, dirigée par Atsushi Sakaguchi, explore une voie moins empruntée : l’informatique quantique basée sur la mesure. Cette approche pourrait offrir une flexibilité et une évolutivité supérieures aux systèmes quantiques basés sur les portes.
Une approche différente de l’informatique quantique
La plupart des progrès réalisés dans le domaine de l’informatique quantique ont été réalisés grâce à des ordinateurs quantiques basés sur des portes. Ces ordinateurs utilisent des composants physiques, notamment des circuits supraconducteurs, pour héberger et contrôler les qubits, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques.
L’équipe de recherche en informatique quantique optique du RIKEN, dirigée par Atsushi Sakaguchi, Jun-ichi Yoshikawa et Akira Furusawa, développe toutefois une approche différente : l’informatique quantique basée sur la mesure.
Les ordinateurs quantiques basés sur la mesure traitent l’information dans un état quantique complexe connu sous le nom d’état de grappe, qui se compose de trois qubits (ou plus) liés ensemble par un phénomène non classique appelé enchevêtrement. Les ordinateurs quantiques basés sur la mesure fonctionnent en effectuant une mesure sur le premier qubit de l’état de grappe.
Le résultat de cette mesure détermine quelle mesure effectuer sur le deuxième qubit enchevêtré, un processus appelé rétroaction. Cela détermine ensuite comment mesurer le troisième. De cette manière, toute porte ou circuit quantique peut être mis en œuvre grâce au choix approprié de la série de mesures.
Avantages de l’informatique quantique basée sur la mesure
Les systèmes basés sur la mesure sont particulièrement efficaces lorsqu’ils sont utilisés sur des ordinateurs quantiques optiques, car il est facile d’enchevêtrer un grand nombre d’états quantiques dans un système optique. Cela rend un ordinateur quantique basé sur la mesure potentiellement plus évolutif qu’un ordinateur quantique basé sur des portes. Pour ce dernier, les qubits doivent être précisément fabriqués et réglés pour l’uniformité et physiquement connectés les uns aux autres. Ces problèmes sont automatiquement résolus en utilisant un ordinateur quantique optique basé sur la mesure.
De plus, l’informatique quantique basée sur la mesure offre une programmabilité dans les systèmes optiques. « Nous pouvons changer l’opération en changeant simplement la mesure », explique Atsushi Sakaguchi.
« C’est beaucoup plus facile que de changer le matériel, comme le nécessitent les systèmes basés sur des portes dans les systèmes optiques ».
La rétroaction est essentielle
La rétroaction est une méthodologie de contrôle dans laquelle nous transmettons les résultats de la mesure à une autre partie du système sous forme de contrôle.
« Dans l’informatique quantique basée sur la mesure, la rétroaction est utilisée pour compenser le caractère aléatoire inhérent aux mesures quantiques. Sans opérations de rétroaction, l’informatique quantique basée sur la mesure devient probabiliste, alors que l’informatique quantique pratique devra être déterministe », ajoute Atsushi Sakaguchi.
En synthèse
L’équipe de recherche en informatique quantique optique du RIKEN et leurs collaborateurs ont maintenant démontré une forme plus avancée de rétroaction : la rétroaction non linéaire. La rétroaction non linéaire est nécessaire pour mettre en œuvre la gamme complète de portes potentielles dans les ordinateurs quantiques basés sur l’optique.
« Nous avons maintenant expérimentalement démontré la mesure de quadrature non linéaire en utilisant une nouvelle technologie de rétroaction non linéaire », précise encore le chercheur. « Ce type de mesure avait précédemment été un obstacle à la réalisation d’opérations quantiques universelles dans l’informatique quantique basée sur la mesure optique ».
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’informatique quantique basée sur la mesure ?
C’est une approche de l’informatique quantique qui traite l’information dans un état quantique complexe connu sous le nom d’état de grappe, qui se compose de trois qubits (ou plus) liés ensemble par un phénomène non classique appelé enchevêtrement.
Qu’est-ce que la rétroaction ?
La rétroaction est une méthodologie de contrôle dans laquelle nous transmettons les résultats de la mesure à une autre partie du système sous forme de contrôle.
Qu’est-ce que la rétroaction non linéaire ?
La rétroaction non linéaire est une forme plus avancée de rétroaction qui est nécessaire pour mettre en œuvre la gamme complète de portes potentielles dans les ordinateurs quantiques basés sur l’optique.
Quels sont les avantages de l’informatique quantique basée sur la mesure ?
Elle offre une programmabilité dans les systèmes optiques et est potentiellement plus évolutive qu’un ordinateur quantique basé sur des portes.
Quels sont les défis de l’informatique quantique basée sur la mesure ?
La mise en œuvre de la rétroaction non linéaire et la compensation du caractère aléatoire inhérent aux mesures quantiques sont deux des principaux défis de cette approche.
Références
Atsushi Sakaguchi, Shunya Konno, Fumiya Hanamura, Warit Asavanant, Kan Takase, Hisashi Ogawa, Petr Marek, Radim Filip, Jun-ichi Yoshikawa, Elanor Huntington, Hidehiro Yonezawa and Akira Furusawa. Nonlinear feedforward enabling quantum computation. Nature Communications 14, 3817 (2023). doi: 10.1038/s41467-023-39195-w
