Une équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies de Chine a réussi à intriquer 51 qubits au sein d’un ordinateur quantique, un exploit sans précédent. Cette réalisation, effectuée avec un ordinateur quantique de la série Zuchongzhi, repose sur une calibration précise et des choix de conception judicieux.
L’informatique quantique, qui repose sur les principes de la mécanique quantique, est en train de redéfinir les limites de la puissance de calcul informatique. L’intrication quantique, qui permet à des particules de devenir si étroitement liées que l’état de l’une affecte instantanément l’état de l’autre — même si elles sont séparées par de grandes distances —, est la pierre angulaire des ordinateurs quantiques.
Récemment, une équipe de chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine, dirigée par Xiao-bo Zhu, a franchi une étape significative en intriquant un nombre record de 51 qubits dans un ordinateur quantique de la série Zuchongzhi. Cette réalisation, bien que technique, a des implications profondes pour l’avenir de l’informatique quantique et mérite une attention particulière. Les travaux sont publiés dans la revue Nature.
Un avantage clé pour l’informatique quantique
L’intrication quantique est l’une des propriétés qui distinguent le plus les ordinateurs quantiques de leurs homologues classiques. Dans un ordinateur classique, les bits d’information sont soit à l’état 0, soit à l’état 1. En revanche, un qubit — l’unité de base de l’informatique quantique — peut être dans un état de superposition, où il est à la fois à l’état 0 et 1, jusqu’à ce qu’une mesure soit effectuée.
Lorsque plusieurs qubits sont intriqués, ils peuvent représenter une énorme quantité d’information et effectuer de nombreux calculs simultanément, ce qui donne aux ordinateurs quantiques leur puissance potentielle si intéressante.
L’intrication est également essentielle pour les algorithmes quantiques, qui sont les procédures utilisées pour effectuer des calculs sur un tel ordinateur. De nombreux algorithmes quantiques, comme l’algorithme de Shor pour la factorisation des nombres, dépendent de l’intrication pour réaliser des calculs qui seraient pratiquement impossibles pour un ordinateur classique.
L’intrication quantique à grande échelle
L’intrication de plusieurs qubits est une tâche complexe et délicate. Chaque qubit supplémentaire que l’on souhaite intriquer augmente exponentiellement la complexité du système. En effet, chaque qubit peut interagir avec tous les autres, créant une toile d’interactions qui peut rapidement devenir incontrôlable. De plus, les qubits sont extrêmement sensibles à leur environnement et peuvent perdre leur état d’intrication par un processus appelé décohérence. C’est pourquoi l’intrication à grande échelle est l’un des défis majeurs de l’informatique quantique.
Les scientifiques chinois ont réussi à préparer et à vérifier l’entrelacement véritable de 51 qubits supraconducteurs, établissant ainsi un nouveau record mondial. Cela signifie qu’ils ont réussi à intriquer 51 qubits de telle sorte que l’état de chaque qubit est lié à l’état de tous les autres. C’est une réalisation impressionnante qui nécessite une précision et un contrôle techniques extrêmes.
Le rôle crucial de l’ordinateur quantique supraconducteur Zuchongzhi
Le superordinateur quantique Zuchongzhi utilisé dans le cadre de l’expérience, développé par l’Université des sciences et technologies de Chine, a joué un rôle crucial dans cette réalisation, comme le soulignent les chercheurs dans un communiqué. Il est équipé de 66 qubits supraconducteurs, qui sont des boucles minuscules d’un matériau qui conduit l’électricité sans pertes. Ces qubits supraconducteurs sont particulièrement adaptés à l’informatique quantique en raison de leur faible décohérence, ce qui signifie qu’ils peuvent maintenir leur état quantique pendant une période relativement longue.
Les chercheurs ont utilisé des micro-ondes pour contrôler l’état des qubits. En ajustant la fréquence et la phase des micro-ondes, ils ont pu manipuler les qubits pour qu’ils prennent les états quantiques désirés. De plus, ils ont ajusté l’interaction entre différents qubits en les frappant avec des impulsions de champs magnétiques, ce qui leur a permis de contrôler l’intrication entre les qubits.
Une réalisation record grâce à l’application de portes logiques quantiques
En utilisant ce système de contrôle, les chercheurs ont pu appliquer des portes logiques quantiques à de nombreuses paires de qubits simultanément. Les portes logiques quantiques sont des opérations qui changent les états quantiques des qubits selon certaines conditions d’entrée. Elles sont l’équivalent quantique des portes logiques utilisées dans l’informatique classique, mais avec des capacités supplémentaires dues à la nature quantique des qubits.
En appliquant ces portes logiques, les chercheurs ont réussi à intriquer un nombre record de 51 qubits disposés en ligne et 30 qubits disposés dans un plan bidimensionnel. C’est une réalisation majeure qui démontre le potentiel de l’informatique quantique pour manipuler et contrôler des systèmes quantiques de grande taille. Cela ouvre la voie à des calculs plus complexes et à des applications potentielles dans des domaines tels que la cryptographie, l’optimisation et la simulation de systèmes quantiques.