Un groupe de physiciens du Center for Ultracold Atoms de Harvard et du MIT et d'autres universités ont développé un type spécial d'ordinateur quantique connu sous le nom de simulateur quantique programmable, capable de fonctionner avec 256 bits quantiques ou "qubits".
Le système marque une étape importante vers la création de machines quantiques à grande échelle qui peuvent être utilisées pour faire la lumière sur de nombreux processus quantiques complexes et finalement aider à faire de réelles percées dans la science des matériaux, les technologies de la communication, la médecine et de nombreux autres domaines.
Les qubits sont les blocs de construction fondamentaux qui font fonctionner les ordinateurs quantiques et sont la source de leur énorme puissance de calcul.
"Cela nous emmène dans un nouveau domaine où personne n'a jamais été auparavant", a déclaré Mikhail Lukin, l'un des principaux auteurs de l'étude. "Nous entrons dans une toute nouvelle partie du monde quantique."
C'est la combinaison de la taille et de la programmabilité sans précédent du système qui le place à l'avant-garde de la course pour un ordinateur quantique qui exploite les propriétés mystérieuses de la matière à une échelle extrêmement petite pour augmenter considérablement la puissance de calcul, selon les scientifiques.
Dans les bonnes circonstances, l'augmentation du nombre de qubits signifie que le système peut stocker et traiter de manière exponentielle plus d'informations que les bits classiques sur lesquels les ordinateurs standard fonctionnent.
"Le nombre d'états quantiques possibles avec 256 qubits dépasse le nombre d'atomes du système solaire", déclarent les chercheurs, expliquant les immenses capacités du système.
Le simulateur a déjà permis aux chercheurs d'observer plusieurs états quantiques exotiques de la matière qui n'avaient jamais été réalisés expérimentalement auparavant, et d'étudier les transitions de phase quantiques avec une telle précision qu'elles servent d'exemple classique du fonctionnement du magnétisme au niveau quantique.
Le projet utilise une version considérablement mise à jour de la plate-forme développée par les chercheurs en 2017, qui peut atteindre 51 qubits. Cet ancien système permettait aux chercheurs de capturer des atomes de rubidium ultrafroids et de les disposer dans un ordre spécifique à l'aide d'un réseau unidimensionnel de faisceaux laser focalisés individuellement appelés pinces optiques.
Le nouveau système permet de collecter des atomes dans des réseaux bidimensionnels de pincettes optiques. Cela augmente la taille du système réalisable de 51 à 256 qubits. À l'aide de pincettes, les chercheurs peuvent organiser les atomes dans des motifs sans défaut et créer des formes programmables telles que des réseaux carrés, en nid d'abeille ou triangulaires pour créer différentes interactions entre les qubits.
"Notre travail fait partie d'une course mondiale vraiment intense et visible pour construire des ordinateurs quantiques plus grands et meilleurs", a déclaré Tut Wang, l'un des auteurs de l'ouvrage.
"Des instituts de recherche universitaires de premier plan et de grands investisseurs privés de Google, IBM, Amazon et bien d'autres sont impliqués dans cet effort commun (en plus du nôtre)."
Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer le système en améliorant le contrôle laser des qubits et en rendant le système plus programmable. Ils explorent également activement comment le système peut être utilisé pour de nouvelles applications, de l'exploration de formes exotiques de matière quantique à la résolution de problèmes complexes du monde réel qui peuvent naturellement être codés sur des qubits.
«Ce travail ouvre un grand nombre de nouvelles directions scientifiques», disent les scientifiques. "Nous sommes loin des limites de la compréhension de ce qui peut être fait avec ces systèmes."
L'étude a été publiée dans la revue Nature.
2021-07-11 06:41:56
Auteur: Vitalii Babkin