Une équipe de chercheurs japonais a mis au point une méthode pour réinitialiser les données stockées dans des dispositifs informatiques quantiques à base de silicium. Cela pourrait aider à améliorer la fiabilité des ordinateurs quantiques en constituant un élément crucial d’un système de correction d’erreur.
Des ordinateurs quantiques prometteurs mais sensibles aux erreurs
Les ordinateurs quantiques promettent d’augmenter considérablement notre puissance de calcul, mais ces dispositifs extrêmement sensibles sont sujets aux erreurs.
Les données dans les ordinateurs quantiques sont encodées par les états quantiques de particules, comme le spin d’un électron. Ces bits quantiques (qubits) peuvent être liés ensemble par un phénomène appelé intrication, puis traiter l’information par une combinaison, ou superposition, de leurs états quantiques. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer certains calculs complexes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs conventionnels.
Le confinement électrique dans le silicium formé par des électrodes métalliques, appelé boîtes quantiques, est un candidat prometteur pour héberger un qubit de spin électronique. Mais les états quantiques peuvent être délicats, et les qubits acquièrent souvent des erreurs qui doivent être corrigées.
Une méthode pour réinitialiser rapidement un qubit
Pour aider à résoudre ce problème, les chercheurs du RIKEN ont conçu un moyen de lire rapidement et précisément un qubit de spin, puis de le réinitialiser. Ce type de système de contrôle sera essentiel pour construire des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes basés sur des boîtes quantiques de silicium.
L’un des défis auxquels l’équipe a été confrontée est qu’un qubit perd la corrélation entre le résultat de la lecture et l’état du qubit après la lecture. Pour surmonter cela, l’équipe a utilisé une paire de boîtes quantiques de silicium pour accueillir deux qubits intriqués. Alors qu’un qubit portait les données, l’autre servait d’auxiliaire. En utilisant un capteur de charge pour lire le qubit auxiliaire, les chercheurs pouvaient estimer l’état du qubit de données sans détruire ses informations – une méthode connue sous le nom de mesure quantique non destructive (QND). Selon le résultat de la mesure, le système pouvait alors délivrer une impulsion micro-onde qui réinitialisait le qubit de données.
L’équipe a construit un circuit quantique pour effectuer de manière répétée les mesures QND, produisant une seule impulsion micro-onde pour réinitialiser le qubit de données avec une fiabilité cumulativement améliorée.
« Puisque la quantité mesurée par une mesure quantique non destructive n’est pas perturbée par la mesure, elle peut être mesurée à nouveau et à nouveau pour estimer l’état du qubit de données de plus en plus précisément », explique Takashi Kobayashi du Centre RIKEN pour l’informatique quantique.
L’ensemble du processus de réinitialisation prend actuellement environ 60 microsecondes au minimum, ce qui pourrait être trop lent pour un ordinateur quantique pratique. Pour raccourcir ce temps, les chercheurs suggèrent d’ajouter un deuxième qubit auxiliaire, ce qui leur permettrait d’utiliser une méthode de mesure plus rapide.
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« Le temps pour le protocole pourrait être réduit à quelques microsecondes », déclare Kobayashi. « Cela ouvrirait la voie à la correction d’erreur quantique basée sur la rétroaction. »
En synthèse
Cette recherche menée par des scientifiques du RIKEN propose une avancée prometteuse pour améliorer la fiabilité des ordinateurs quantiques. Leur méthode permet de réinitialiser rapidement et précisément les qubits de spin dans des boîtes quantiques de silicium, ce qui sera essentiel pour la correction d’erreur. Bien que des améliorations soient encore nécessaires pour accélérer le processus, cette approche ouvre la voie au développement d’ordinateurs quantiques tolérants aux pannes basés sur cette technologie.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?
Un ordinateur quantique utilise les propriétés quantiques de la matière, comme la superposition et l’intrication, pour effectuer des calculs. Il promet d’être bien plus puissant que les ordinateurs conventionnels pour certains types de problèmes.
Qu’est-ce qu’un qubit ?
Un qubit, ou bit quantique, est l’unité d’information dans un ordinateur quantique. Contrairement aux bits classiques, il peut exister dans une superposition d’états 0 et 1.
Pourquoi les qubits sont-ils sujets aux erreurs ?
Les qubits exploitent des états quantiques très fragiles et sensibles aux perturbations. Des erreurs peuvent donc facilement se produire, d’où la nécessité de les corriger.
Comment cette recherche aide-t-elle à corriger les erreurs ?
Elle propose un moyen de lire l’état d’un qubit et de le réinitialiser de manière fiable, ce qui est essentiel pour corriger les erreurs dans un ordinateur quantique.
Quels sont les défis restants ?
Il faut encore accélérer le processus de réinitialisation des qubits et l’intégrer dans un système de correction d’erreur complet.
Légende illustration principale : Illustration conceptuelle d’une puce informatique avec une grille d’états de spin quantique. Les chercheurs du RIKEN ont montré comment un circuit quantique peut réinitialiser des bits quantiques portés par des spins d’électrons dans le silicium. © ELLA MARU STUDIO/SCIENCE PHOTO LIBRARY
