Le quantique des quantiques

Première mondiale : un ordinateur quantique supraconducteur opère un calcul quantique

Alexandre Blais, professeur au Département de physique.

2 juillet 2009

Une équipe internationale dont fait partie Alexandre Blais, professeur au Département de physique de l'Université de Sherbrooke, vient de réaliser une première mondiale très attendue en informatique quantique : un ordinateur quantique supraconducteur a opéré un calcul quantique selon un article publié le 28 juin dans la revue Nature. L'architecture de cet ordinateur, composé de circuits quantiques intégrés, permet d'envisager sa construction à plus grande échelle par les techniques de microgravure industrielle existantes.

Cette découverte majeure pourrait être la source d'applications pratiques facilement imaginables. Par exemple, si vous connaissez uniquement le numéro de téléphone d'un Québécois, un calcul classique des probabilités vous oblige à parcourir en moyenne la moitié de l'annuaire, soit presque quatre millions de numéros, avant de trouver le nom correspondant. Un calcul quantique réduit la recherche à un peu moins de 2750 numéros, ce qui correspond à la racine carrée de la population québécoise.

Le calcul nécessaire pour repérer si efficacement le numéro emploie un algorithme de base de l'informatique quantique découvert par Grover en 1995. C'est cet algorithme que les physiciens ont réussi à opérer sur un ordinateur composé de deux bits quantiques.

Les travaux du professeur Blais font également état d'un deuxième calcul quantique tout aussi réussi qui permettrait par exemple de débusquer rapidement les tricheurs au jeu de pile ou face : une seule mesure quantique sur la pièce lancée permet de détecter deux faces identiques, alors qu'il est classiquement nécessaire de vérifier les deux faces.

Ce basculement étonnant vers la réalité de l'informatique quantique a été accéléré par l'invention du professeur Blais du premier bus quantique en 2007. «Ce premier bus quantique n'était pas parfait, avoue le professeur Blais. Depuis nous l'avons amélioré pour qu'il demeure dix fois plus longtemps dans l'état nécessaire aux calculs quantiques. De plus, nous avons amélioré l'échange d'information entre les bits quantiques», précise le chercheur.

Une suggestion du professeur Blais, soutenue par une équipe de théoriciens, a permis aux expérimentateurs de l'Université Yale de renforcer les liens entre bits quantiques en augmentant les taux d'enchevêtrement jusqu'alors très faibles, à 90 % pour réussir l'expérience. «Ces hauts taux d'enchevêtrement sont essentiels pour profiter de l'énorme puissance de la logique quantique. C'est par exemple l'enchevêtrement qui rend possible la téléportation quantique», signale Alexandre Blais.

Ce calcul quantique a bénéficié d'une autre découverte du groupe en informatique quantique de la Faculté des sciences, publiée en janvier dans la revue Physical Review A. En effet, les travaux de Maxime Boissonneault, doctorant en physique sous la direction du professeur Blais, ont permis de mieux comprendre comment l'information est extraite d'un bit quantique lors de sa mesure.

«Avant, on supposait que ces mesures étaient idéales, raconte le professeur Blais. En parachevant la théorie, nous avons réussi à mieux comprendre la rétroaction de nos mesures sur les bits quantiques», ajoute le spécialiste.

Les chercheurs ont notamment découvert avec surprise que les conditions de mesure d'un bit quantique, adoptées jusqu'alors par la majorité des scientifiques, affectaient les résultats. «Ces considérations ont été prises en compte lors de la résolution de l'algorithme, ce qui a amélioré les résultats», conclut Alexandre Blais.