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Un nouveau type de processeur quantique fondé sur les circuits supraconducteurs
Deux articles publiés cette année par la postdoctorante Shruti Puri et ses collaborateurs, des membres du groupe du professeur Blais, ont eu un impact considérable dans le domaine des circuits supraconducteurs quantiques.
Le premier article montre comment créer des états quantiques de la lumière, connus sous le nom d’états « chat de Schrödinger ». Ces états sont non seulement intéressants d’un point de vue fondamental, mais ils sont également utiles pour une forme simplifiée de correction d’erreur quantique. Plus particulièrement, le groupe de Yale et ses collaborateurs travaillent depuis quelques années sur la génération et l’utilisation de ces états dans les circuits supraconducteurs. Or, Dr. Puri et ses collaborateurs ont réussi à démontrer qu’il existe un moyen très simple et efficace pour préparer ces états. En constatant ces résultats, le groupe de Yale et ses collaborateurs ont même décidé de tester expérimentalement la proposition de Puri dans le but d’éventuellement remplacer leur approche actuelle pour la réalisation de « chat de Schrödinger. Cela constitue en soi une réalisation importante.
Dre Puri et ses collaborateurs ont ensuite relevé la barre avec leur second article en décrivant comment utiliser ces mêmes idées pour réaliser une version plus « quantique » de l’ordinateur de la compagnie D-Wave Systems situé à Vancouver. Dans le cadre de ce travail, ils ont conçu un nouveau type de processeur quantique qui peut imiter un réseau complexe de spins magnétiques et résoudre des problèmes difficiles d’optimisation combinatoire. Il a été démontré que la nature des fluctuations quantiques rend ce processeur basé sur un ensemble de cavités micro-ondes résistant au bruit, et qu’il serait donc possible d’envisager d’obtenir une accélération quantique. « La simplicité de ce processeur montre qu’il peut être facilement implanté à l’aide des outils existants dans le domaine des circuits supraconducteurs, et cela motivera les gens à tenter des expériences. Avec un peu de chance, nous verrons dans quelques années le fruit de cette architecture et nous pourrons réellement commencer à la comparer à d’autres machines traditionnelles ou quantiques », explique Dre Puri. Elle a été invitée à présenter ces résultats dans le cadre du March Meeting cette année et les présentera de nouveau à Tokyo cet été dans le cadre d’une conférence sur le recuit quantique. Une demande de brevet a été déposée pour cette percée extraordinaire.
Quelle sorte de problèmes un tel processeur/ordinateur quantique pourrait-il résoudre?
Plusieurs problèmes d’optimisation complexes, mais importants, peuvent être exprimés par la recherche de l’état de basse énergie des dipôles ou spins magnétiques en interaction. L’exemple le plus connu d’un tel problème est le problème du commis voyageur, qui consiste à trouver le chemin le plus court entre différentes villes. Des problèmes similaires sont également observés dans d’autres domaines, entre autres les algorithmes d’apprentissage automatique et le repliement des protéines. Par conséquent, des moyens efficaces de résoudre ces problèmes seraient extrêmement utiles dans une vaste gamme d’applications.
Or, la complexité de ces problèmes croît exponentiellement en fonction de l’envergure. Par exemple, dans le cas du problème du commis voyageur, le nombre de trajets possible est de l’ordre de 1030 pour 30 villes et de 1055 pour 100 villes! La résolution de tels problèmes est impraticable, même en utilisant le plus puissant superordinateur. Ainsi, les scientifiques ont créé des méthodes de rechange. L’une des plus populaires est une technique appelée le recuit quantique, qui exploite l’effet tunnel pour trouver une solution au problème d’optimisation.