La Chine dévoile un système quantique de 18 qubits qui exploite 3 degrés de liberté de 6 photons

Et aurait atteint un niveau d'intrication maximal

Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de la province d’Anhui en Chine (USTC) ont annoncé avoir atteint l’état d’enchevêtrement quantique (encore appelé intrication quantique) maximal avec un système quantique de 18 qubits, un exploit qu'aucune autre équipe de recherche au monde n’aurait réussi à réaliser jusqu’à présent. D’après ces chercheurs, ce type de configuration expérimentale pourrait permettre de réaliser certains calculs quantiques qui n’appartenaient encore qu’au domaine de la théorie.

Rappelons qu'un ordinateur quantique utilise les propriétés quantiques de la matière, telles que la superposition et l’intrication afin d’effectuer des opérations sur des données. À la différence d’un ordinateur classique basé sur des transistors et qui travaille sur des données binaires (codées sur des bits, valant 0 ou 1), le calculateur quantique travaille sur des qubits dont l’état quantique peut posséder plusieurs valeurs. Ses caractéristiques devraient lui permettre de décupler ses performances de calcul.

Plusieurs techniques permettent de créer des qubits et d’aborder le développement d’un ordinateur quantique. À titre d’exemple, on peut citer :

• la technologie des qubits basés sur les fermions de Majorana dans laquelle Microsoft fonde beaucoup d’espoir ;;

• la technologie des qubits supraconducteurs soutenue par de grands noms de l’industrie tels que Google, IBM ou Intel. Elle permet de créer des qubits à partir d’un circuit supraconducteur qui produit un effet quantique quand il est amené à une température proche du zéro absolu ;;

• la technologie des qubits en silicium permettant de matérialiser des qubits par le spin d’un électron figé dans le canal d’un transistor CMOS.

La Chine de son côté semble avoir opté pour les qubits photoniques. En exploitant cette technique, les chercheurs de ce pays sont parvenus à créer un système quantique de 18 qubits ayant atteint un niveau d’intrication maximal. Ce système quantique utilisant six photons tire parti de trois degrés de liberté quantiques différents (trajectoire, polarisation et moment angulaire orbital) de manière indépendante et pour chaque photon afin d’obtenir ces 18 qubits.

Lorsqu’un qubit est codé dans une particule, il est codé dans l’un des états dans lequel la particule peut basculer, comme sa polarisation ou son spin quantique. Chacun de ces états définit un « ;degré de liberté ;». Une expérience quantique typique implique un seul degré de liberté pour toutes les particules impliquées. Mais les particules comme les photons ont de nombreux degrés de liberté, ce qui permet au système quantique basé sur des qubits photoniques de contenir beaucoup plus d’informations avec un nombre réduit de particules.

« ;C’est comme si vous aviez pris six bits dans votre ordinateur et que chacun de ses bits avait triplé la quantité d’informations qu’il pouvait contenir ;», a déclaré Sydney Schreppler, une spécialiste en physique quantique de l’Université de Californie dont le siège se trouve à Berkeley.

Précisons au passage que l’intrication quantique décrit un phénomène dans lequel deux ou plusieurs qubits peuvent en théorie s’influencer simultanément quelle que soit la distance qui les sépare. C’est une propriété fondamentale dans le calcul quantique puisqu’elle permet de lier les qubits les uns aux autres. Toutefois, cet effet s’avère extrêmement délicat et les chercheurs doivent encore faire face aux effets de la décohérence quantique se rapportant à la destruction des états quantiques par des interférences extérieures s’ils souhaitent utiliser ce phénomène pour toutes les applications.

Reste à savoir si tous les qubits intriqués interagissent de manière égale ou s’il existe des différences entre les interactions de qubits pour une même particule ou à travers les différents degrés de liberté.

Source : Journal APS, Scientific American

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