Les physiciens enchevêtrent complètement deux chiffres quantiques

Une nouvelle approche pour intriquer les systèmes quantiques de haute dimension.

Dans le domaine de l’informatique, l’information est généralement perçue comme étant représentée par un système binaire de uns et de zéros. Cependant, dans notre vie de tous les jours, nous utilisons un système décimal composé de dix chiffres pour représenter les nombres. Par exemple, le nombre 9 en binaire est représenté par 1001, nécessitant quatre chiffres au lieu d’un seul dans le système décimal.

Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui sont issus du système binaire, mais les systèmes physiques qui encodent leurs bits quantiques (qubits) ont également la capacité d’encoder des chiffres quantiques (qudits). C’est ce qu’a récemment démontré une équipe dirigée par Martin Ringbauer du département de physique expérimentale de l’université d’Innsbruck. Selon le physicien expérimental Pavel Hrmo de l’ETH Zurich : “Le défi pour les ordinateurs quantiques basés sur des qudits a été de créer efficacement un enchevêtrement entre les supports d’informations de haute dimension”.

Dans une étude publiée le 19 avril 2023, dans la revue <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>NatureCommunications[{“attribute=””>NatureCommunications l’équipe de l’Université d’Innsbruck rapporte maintenant comment deux qudits peuvent être entièrement enchevêtrés l’un avec l’autre avec des performances sans précédent, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques plus efficaces et plus puissants.

Penser comme un ordinateur quantique

L’exemple du nombre 9 montre que, alors que les humains sont capables de calculer 9 x 9 = 81 en une seule étape, un ordinateur (ou une calculatrice) classique doit prendre 1001 x 1001 et effectuer de nombreuses étapes de multiplication binaire dans les coulisses avant lui est capable d’afficher 81 à l’écran. Classiquement, nous pouvons nous permettre de le faire, mais dans le monde quantique où les calculs sont intrinsèquement sensibles au bruit et aux perturbations externes, nous devons réduire le nombre d’opérations nécessaires pour tirer le meilleur parti des ordinateurs quantiques disponibles.

L’intrication quantique est cruciale pour tout calcul sur un ordinateur quantique. L’intrication est l’une des caractéristiques quantiques uniques qui sous-tendent le potentiel du quantique à surpasser largement les ordinateurs classiques dans certaines tâches. Pourtant, l’exploitation de ce potentiel nécessite la génération d’un enchevêtrement de dimension supérieure robuste et précis.

Le langage naturel des systèmes quantiques

Les chercheurs de l’Université d’Innsbruck étaient désormais capables d’enchevêtrer complètement deux qudits, chacun codé dans jusqu’à 5 états d’ions Calcium individuels. Cela donne aux physiciens théoriques et expérimentaux un nouvel outil pour aller au-delà du traitement de l’information binaire, ce qui pourrait conduire à des ordinateurs quantiques plus rapides et plus robustes.

Martin Ringbauer explique : « Les systèmes quantiques ont de nombreux états disponibles qui attendent d’être utilisés pour

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>informatiquequantique[{“attribute=””>quantumcomputing, plutôt que de les limiter à travailler avec des qubits. Bon nombre des problèmes les plus difficiles d’aujourd’hui, dans des domaines aussi divers que la chimie, la physique ou l’optimisation, peuvent bénéficier de ce langage plus naturel de l’informatique quantique.

Référence : « Native qudit entanglement in a trapped ion quantum processor » par Pavel Hrmo, Benjamin Wilhelm, Lukas Gerster, Martin W. van Mourik, Marcus Huber, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Thomas Monz et Martin Ringbauer, 19 avril 2023, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-023-37375-2

L’étude a été financée par le Fonds scientifique autrichien FWF, l’Agence autrichienne de promotion de la recherche FFG, le Conseil européen de la recherche ERC, l’Union européenne et la Fédération des industries autrichiennes du Tyrol, entre autres.