Le MIT a franchi une étape cruciale pour résoudre l’un des plus grands défis de l’informatique quantique : connecter plusieurs processeurs quantiques sans contact physique et avec un minimum de taux d’erreur. Cette avancée, qui implique l’utilisation de photons micro-ondes et une technique d’enchevêtrement quantique à distance, pourrait ouvrir la voie à la construction d’ordinateurs quantiques véritablement évolutifs.

Le défi des connexions quantiques

Actuellement, les systèmes quantiques reposent sur des connexions « point à point », où les informations doivent sauter entre des nœuds intermédiaires. Chaque saut engendre une possibilité supplémentaire d’erreur, limitant ainsi l’évolutivité et la stabilité des systèmes.

Pour surmonter cette limitation, une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a développé un dispositif d’interconnexion quantique permettant aux processeurs supraconducteurs de communiquer directement entre eux sans intermédiaires. La clé : l’utilisation de photons micro-ondes comme porteurs de données quantiques.

Une autoroute quantique de photons

Au cœur de cette avancée se trouve un guide d’ondes supraconducteur agissant comme une « autoroute quantique ». En connectant deux modules quantiques à ce guide, le système permet aux photons d’être émis et absorbés à la demande. Chaque module contient quatre qubits qui servent d’interfaces, transformant les photons en données quantiques exploitables.

Enchevêtrement sans contact

Un des grands défis de l’informatique quantique distribuée est d’atteindre l’enchevêtrement à distance : un phénomène quantique permettant de lier deux particules à distance de manière à ce que leurs états se synchronisent instantanément, quelle que soit la séparation qui les sépare.

Pour y parvenir, les chercheurs ont conçu une technique innovante. Au lieu d’émettre entièrement un photon, ils arrêtent le processus à mi-chemin, générant une sorte d’« état quantique intermédiaire » où le photon est, paradoxalement, à la fois émis et retenu. Lorsque le deuxième module absorbe ce « demi-photon », les processeurs deviennent enchevêtrés sans contact physique direct.

Intelligence artificielle pour façonner les photons

L’équipe a également dû faire face au problème de la distorsion des photons pendant leur parcours. Pour le résoudre, ils ont entraîné un algorithme capable d’ajuster la forme du photon afin de maximiser son absorption. Le résultat a été un taux de succès de 60 % dans la création d’enchevêtrement à distance, validant ainsi l’efficacité de la méthode.

Ces résultats sont comparables à ceux obtenus par l’Université d’Oxford avec des pièges à ions, qui atteignent un taux de succès de 70 %.

Vers une informatique quantique distribuée

Contrairement aux configurations actuelles, où les puces sont connectées de manière limitée, ce design permet une connectivité « tous à tous », c’est-à-dire que n’importe quel processeur peut communiquer directement avec n’importe quel autre. Cette architecture est essentielle pour créer des réseaux quantiques complexes ou de futurs Internet quantiques.

La chercheuse Aziza Almanakly, étudiante diplômée en ingénierie électrique et en sciences informatiques au MIT, déclare :

« En principe, notre protocole de génération d’enchevêtrement à distance peut être étendu à d’autres types d’ordinateurs quantiques et à des réseaux quantiques à plus grande échelle ».

Publication et financement

Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Nature Physics. Ce travail a bénéficié du soutien d’institutions telles que le Bureau de recherche de l’armée des États-Unis, le Centre de calcul quantique d’AWS et le Bureau de recherche scientifique de l’armée de l’air des États-Unis.

via: Techspot