Un programme de la DARPA revendique une avancée majeure dans le domaine de l’informatique quantique. Dans le cadre de son programme « d’Optimisation avec des Dispositifs Quantiques à Échelle Intermédiaire Bruyants » (ONISQ), des chercheurs ont mis au point le tout premier circuit quantique muni de bits quantiques logiques au monde.
L’essor de l’informatique quantique, longtemps confinée aux laboratoires de recherche, est peut-être sur le point de franchir un cap décisif grâce aux travaux de la DARPA, une agence appartenant au ministère de la Défense des États-Unis, spécialisée dans le développement et la recherche de technologies innovantes destinées à des applications militaires, et de Harvard. Cette avancée est centrée sur la stabilisation des qubits.
Elle promet des avancées théoriques et applicatives dans des domaines variés, allant de la sécurité informatique à la recherche médicale. Les détails sont disponibles dans la revue Nature.
La conquête des qubits logiques
La DARPA aurait franchi un cap dans le domaine de l’informatique quantique avec son programme ONISQ. En effet, ce programme aurait permis de développer le premier tout premier circuit quantique au monde utilisant des qubits logiques. Ces qubits sont basés sur des atomes de Rydberg, une forme d’atome excité caractérisé par des électrons ayant un très haut nombre quantique principal.
L’aspect innovant de ces qubits réside dans leur homogénéité remarquable : chaque qubit présente des propriétés identiques à ses pairs. Cette uniformité constitue un progrès notable par rapport aux qubits supraconducteurs utilisés conventionnellement, marqués par une hétérogénéité significative. Cette hétérogénéité rend difficiles la standardisation et l’évolutivité des systèmes quantiques, car chaque qubit nécessite un calibrage individuel.
L’approche de la DARPA ne s’arrête pas à la création de qubits homogènes. Le programme ONISQ vise à intégrer ces qubits de Rydberg à des systèmes informatiques classiques. Cette combinaison a pour but de résoudre des problèmes d’optimisation complexes, cruciaux pour de nombreux domaines, notamment la défense et l’industrie.
Le Dr Mukund Vengalattore, à la tête du programme ONISQ, met en avant dans un communiqué la capacité unique des qubits de Rydberg à se reconfigurer dynamiquement. Cette flexibilité est essentielle pour pallier l’un des défis majeurs de l’informatique quantique : les taux d’erreur élevés. En effet, les opérations quantiques sont intrinsèquement sujettes à des erreurs dues à la nature même des phénomènes quantiques. La capacité de reconfiguration dynamique des qubits de Rydberg permet de minimiser ces erreurs, rendant les calculs quantiques plus fiables et ouvrant la voie à des applications pratiques et évolutives pour l’informatique quantique.
L’impact des qubits logiques
En intelligence artificielle, les ordinateurs quantiques pourraient traiter et analyser des volumes massifs de données à une vitesse inégalée, permettant des avancées significatives dans l’apprentissage machine et l’automatisation. En biochimie, cette technologie ouvre la voie à des simulations moléculaires d’une précision sans précédent, ce qui pourrait accélérer la découverte de nouveaux médicaments et le développement de traitements personnalisés.
En cryptographie, l’informatique quantique promet de renforcer la sécurité des données en rendant les systèmes de chiffrement actuels beaucoup plus robustes, voire en permettant le développement de nouvelles formes de chiffrement inviolables. Ces exemples ne sont que la pointe de l’iceberg, car la capacité de ces ordinateurs à traiter des informations à une échelle et une vitesse auparavant inimaginables ouvre des possibilités quasi illimitées dans de nombreux autres domaines.
D’un point de vue technique, les progrès réalisés par la DARPA et Harvard pourraient également transformer l’accessibilité et la viabilité de l’informatique quantique. Les estimations initiales prévoyaient la nécessité de millions de qubits pour créer un ordinateur quantique tolérant aux fautes. Cependant, grâce à l’efficacité et à la stabilité des qubits de Rydberg, il est désormais envisageable de réduire considérablement ce nombre et donc la complexité et les coûts associés à la construction et au fonctionnement des ordinateurs quantiques. Cela ouvre la porte à une adoption plus large et à une intégration dans divers secteurs industriels et de recherche.
Défis et perspectives
Le bruit dans les systèmes quantiques, souvent causé par des interférences extérieures ou des imperfections dans les qubits eux-mêmes, représente un défi majeur pour la scalabilité des systèmes quantiques. Ce bruit se traduit par des erreurs dans les calculs quantiques, rendant les résultats peu fiables, surtout à mesure que le nombre de qubits du système augmente.
Les efforts de la DARPA et de Harvard se concentrent donc sur la stabilisation des qubits, une démarche indispensable pour minimiser ces erreurs. En utilisant des qubits de Rydberg, qui présentent une homogénéité et une stabilité supérieures de base, ils parviennent à réduire significativement l’impact du bruit sur les calculs. Cette stabilisation est essentielle pour exploiter pleinement le potentiel de l’informatique quantique, car elle permet de réaliser des opérations plus complexes et sur de plus grands ensembles de qubits sans compromettre la précision des résultats.
L’objectif ultime de ces recherches est d’atteindre la véritable « suprématie quantique » (dans tous les domaines de calcul et de simulation), le seuil où un ordinateur quantique peut résoudre des problèmes inaccessibles à tout ordinateur classique. Cette suprématie (ou avantage) quantique ouvrirait la porte à des applications révolutionnaires, comme la résolution de problèmes d’optimisation extrêmement complexes, la modélisation de phénomènes physiques ou chimiques qui ne peuvent pas être simulés précisément aujourd’hui, ou encore un chiffrement de données inviolable.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
principaux de la matière baryonique. À ce titre, il revêt... [...]