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QUBITS, DU SANG-FROID!
L’erreur est quantique.
Lorsque l’on bouscule les composantes quantiques de la nature pour
traiter de l’information, il est inévitable que des erreurs se produisent.
L’information quantique est très puissante, mais également très fragile.
Les processeurs qui fonctionnent selon les lois quantiques ont
le potentiel d’être immensément plus puissants que même les
superordinateurs actuels les plus complexes. Mais ce potentiel ne
sera réalisé que si les chercheurs arrivent à comprendre et à traiter les
erreurs qui surviennent inévitablement au cours d’un calcul quantique.
Daniel Gottesman, professeur à l’Institut Périmètre,
est un pionnier
du calcul quantique insensible aux défaillances, qui permet de faire
des calculs fiables à condition que le taux d’erreur demeure sous un
certain seuil.
Pour maintenir un taux d’erreur faible, M. Gottesman et ses
collaborateurs Michael Ben-Or (de l’Université hébraïque de Jérusalem)
et Avanitan Hassidim (de l’Université Bar-Ilan) ont proposé un système
appelé
réfrigérateur quantique
.
Le nom est bien choisi pour un système qui procure à des bits
quantiques (qubits) surchauffés un endroit pour se refroidir avant
d’être réutilisés pour la correction d’erreurs.
La correction d’erreurs quantiques requiert souvent l’utilisation de
qubits secondaires – appelés
qubits auxiliaires
– pour mesurer de
l’information sur les erreurs qui surviennent dans un calcul quantique.
Cette mesure a généralement pour effet de brouiller les qubits
auxiliaires, de sorte qu’ils ne sont utiles que pour une seule mesure.
Daniel Gottesman et ses collaborateurs proposent toutefois un modèle
selon lequel les qubits auxiliaires sont dérivés dans un « réfrigérateur
» où ils peuvent se refroidir, se désembrouiller et potentiellement
redevenir utilisables. C’est une boucle continuelle de chauffe et de
refroidissement qui permet de corriger les erreurs quantiques pendant
plus longtemps et de manière plus sûre.
C’est donc une étape cruciale vers un calcul quantique stable et fiable
– principal objectif de la recherche sur l’information quantique.
UNE BOÎTE À OUTILS UNIVERSELLE
Bien entendu, la correction d’erreurs quantiques ne constitue qu’une
partie du problème. Un ordinateur quantique doit avoir des choses à
calculer – et du matériel pour effectuer les calculs.
Les portes quantiques sont les équivalents quantiques des portes
logiques d’un ordinateur classique. Elles sont les composants
fondamentaux des circuits quantiques – d’une certaine manière les «
atomes » du calcul quantique.
On s’attend à ce que les ordinateurs quantiques, qui exploitent des effets quantiques tels que la «
superposition » et l’« intrication » pour atteindre une puissance de traitement bien supérieure à celle des
ordinateurs actuels, révolutionnent notre manière de travailler, de communiquer et de vivre. Il reste cependant
beaucoup de recherches théoriques à faire avant que ces appareils puissent voir le jour. Des chercheurs
de l’Institut Périmètre s’intéressent à la correction d’erreurs quantiques – les techniques requises pour
protéger et vérifier l’information au milieu des erreurs inhérentes au calcul quantique. Ils étudient également
les fondements de la cryptographie quantique, qui exploite les lois propres à la physique quantique – comme
le principe d’incertitude – pour protéger les données confidentielles. Bon nombre de chercheurs de l’Institut
Périmètre dans le domaine de l’information quantique collaborent avec des scientifiques de notre voisin
et partenaire expérimental, l’Institut d’informatique quantique de l’Université de Waterloo (IQC), et certains
occupent des postes conjoints dans les deux instituts. Ensemble, l’Institut Périmètre et l’IQC sont en train de
transformer la région en une « Quantum Valley ».
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recherche
Information quantique