Des chercheurs canadiens ont mis au point une méthode novatrice pour évaluer les circuits quantiques, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’informatique quantique. Cette approche pourrait accélérer considérablement le développement et l’optimisation des technologies quantiques.
Une équipe de chercheurs de l’Institut Nexus pour les Technologies Quantiques (NexQT) de l’Université d’Ottawa, dirigée par le Dr Francesco Di Colandrea sous la supervision du professeur Ebrahim Karimi, a développé une technique innovante pour évaluer la performance des circuits quantiques.
Dans le paysage en rapide évolution des technologies quantiques, la garantie de la fonctionnalité et de la fiabilité des dispositifs quantiques est cruciale. La capacité de caractériser ces dispositifs avec une grande précision et rapidité est essentielle pour leur intégration efficace dans les circuits et ordinateurs quantiques, impactant à la fois les études fondamentales et les applications pratiques.
L’importance de la caractérisation des dispositifs quantiques
La caractérisation aide à déterminer si un dispositif fonctionne comme prévu, ce qui est nécessaire lorsque les dispositifs présentent des anomalies ou des erreurs. L’identification et la résolution de ces problèmes sont cruciales pour faire progresser le développement des futures technologies quantiques.
Traditionnellement, les scientifiques se sont appuyés sur la Tomographie de Processus Quantique (QPT), une méthode qui nécessite un grand nombre de «mesures projectives» pour reconstruire entièrement les opérations d’un dispositif. Le nombre de mesures requises dans la QPT augmente de manière quadratique avec la dimensionnalité des opérations, posant des défis expérimentaux et computationnels significatifs, en particulier pour les processeurs d’information quantique de haute dimension.
La Tomographie de Processus Quantique de Fourier
L’équipe de recherche de l’Université d’Ottawa a mis au point une technique optimisée nommée Tomographie de Processus Quantique de Fourier (FQPT). Cette méthode permet la caractérisation complète des opérations quantiques avec un nombre minimal de mesures.
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Au lieu d’effectuer un grand nombre de mesures projectives, la FQPT utilise une carte bien connue, la transformée de Fourier, pour effectuer une partie des mesures dans deux espaces mathématiques différents. La relation physique entre ces espaces améliore l’information extraite des mesures individuelles, réduisant significativement le nombre de mesures nécessaires. Par exemple, pour des processus de dimensions 2d (où d peut être arbitrairement élevé), seules sept mesures sont requises.
Validation expérimentale et perspectives futures
Pour valider leur technique, les chercheurs ont mené une expérience photonique utilisant la polarisation optique pour encoder un qubit. Le processus quantique a été réalisé comme une transformation de polarisation complexe dépendante de l’espace, exploitant la technologie de pointe des cristaux liquides. Cette expérience a démontré la flexibilité et la robustesse de la méthode.
Francesco Di Colandrea, chercheur postdoctoral à l’Université d’Ottawa, a déclaré : «La validation expérimentale est une étape fondamentale pour tester la résilience de la technique au bruit, assurant des reconstructions robustes et de haute fidélité dans des scénarios expérimentaux réalistes.»
Cette nouvelle technique représente une avancée remarquable dans l’informatique quantique. L’équipe de recherche travaille déjà activement à l’extension de la FQPT à des opérations quantiques arbitraires, y compris des implémentations non-hermitiennes et de dimensions supérieures, et à l’implémentation de techniques d’IA pour augmenter la précision et réduire les mesures.
Légende illustration : L’équipe de recherche dans son laboratoire. De gauche à droite : Professeur Karimi, Francesco Di Colandrea, Nazanin Dehghan et Allesio D’Errico.
Article : “Fourier quantum process tomographynorth_eastexternal link” by F Di Colandrea, N Dehghan, A D’Errico, and E Karimi was published in npj Quantum Information on May 9, 2024.
