Lecture haute-fidélité pour ordinateur quantique
Par Benje le mercredi, octobre 14 2009, 17:07 - Nouvelles Scientifiques - Lien permanent
Source: CEA
Des chercheurs du CEA Iramis ont mis au point un
dispositif de lecture d’un bit quantique supraconducteur, élément
indispensable à un futur ordinateur quantique. Ce dispositif permet de lire sans le détruire le qubit avec une "fidélité" de lecture de 92 %, une performance suffisante pour
envisager de l’utiliser dans un processeur élémentaire à quelques
qubits. Ces travaux font l’objet d’une publication dans Nature Physics.
Même s’il reste aujourd’hui un rêve de physicien, l'ordinateur
quantique fait l’objet de nombreuses recherches car il permettrait de
traiter l'information plus efficacement, grâce au parallélisme massif
qu'offrent les lois de la mécanique quantique.
Dans un ordinateur classique, l’information est stockée sous forme de bits prenant chacun la valeur 0 ou la valeur 1. Dans l’ordinateur quantique les éléments de mémoire deviennent des bits quantiques, ou qubits: ceux-ci peuvent se trouver "à la fois" dans les deux états 0 et 1, au sens de la mécanique quantique (on parle de superposition d’états). Un ordinateur exploitant cette possibilité pourrait donc effectuer en une seule fois un même calcul portant sur de nombreuses valeurs différentes d’un paramètre d’entrée, stockées "simultanément" dans un même registre de qubits. Pour certaines tâches, ce traitement massivement parallèle surpasse tout ordinateur classique.
Le développement de plusieurs familles de bits quantiques (qubits)
progresse rapidement dans de nombreux laboratoires de par le monde.
C'est notamment le cas des qubits réalisés dans de petits circuits
supraconducteurs, sur lesquels le CEA mène des recherches depuis une
dizaine d’années. Les chercheurs du CEA Iramis ont inventé un
dispositif qui permet de lire un tel qubit avec une bonne fidélité
(faible taux d’erreur), sans le détruire.
La lecture d’un bit d’information, étape tout à fait anodine dans le
cas des bits classiques de nos ordinateurs, est particulièrement
difficile pour un bit quantique dont l'état 1 tend naturellement à se
transformer en 0 avant que la lecture ne soit terminée.
"Le nouveau dispositif de lecture que nous avons mis au point est basé
sur un oscillateur micro-ondes supraconducteur entourant le qubit,
expliquent les chercheurs de l’Iramis. Une impulsion micro-ondes est
envoyée à l'oscillateur, qui adopte alors un état d'oscillation dont la phase est déterminée par l'état 0 ou 1 du qubit en début de mesure.
L’oscillation se maintient ensuite avec la même phase, même si le qubit
"relaxe" de l'état 1 vers l'état 0. La mesure ultérieure de cette phase
permet donc de déterminer correctement l'état initial du qubit."
La fidélité de lecture du dispositif de l’Iramis atteint 92% et
préserve au mieux l’état du qubit. Ces résultats figurent parmi les
meilleurs obtenus pour la lecture de qubits supraconducteurs et sont
suffisants pour envisager d’utiliser ce dispositif de lecture dans un
processeur élémentaire à quelques qubits.
Pour aller plus loin
- L'article "Vers des processeurs quantiques" du magazine Clefs CEA consacrés aux nanosciences et aux nanotechnologies.- Le site internet de l'Institut Iramis où sont notamment menés des recherches sur l'électronique quantique et la nanoélectronique.