Harvard révèle le tout premier processeur quantique logique au monde.

Une étape majeure dans l'informatique quantique a été franchie par des chercheurs de Harvard, qui ont développé un processeur quantique logique programmable, capable de coder 48 qubits logiques et d'effectuer des centaines d'opérations de portes logiques. Première véritable démonstration d'un algorithme à grande échelle fonctionnant sur un ordinateur quantique sans erreur, ce développement est salué comme potentiellement révolutionnaire dans le domaine.

Le nouveau processeur quantique logique de Harvard contient 48 qubits logiques et exécute avec succès des algorithmes à grande échelle sur un système corrigé des erreurs. Dirigé par Mikhail Lukin, ce développement constitue un pas important vers des ordinateurs quantiques pratiques et tolérants aux pannes.

Une unité d'information en informatique quantique est identifiée comme un « qubit » ou bit quantique, semblable à un bit binaire en informatique traditionnelle. Depuis plus de 20 ans, la faisabilité de l’informatique quantique a été démontrée par des physiciens et des ingénieurs qui ont manipulé des particules quantiques, telles que des atomes, des ions ou des photons, pour générer des qubits physiques.

Cependant, le processus d'exploitation des bizarreries de la mécanique quantique à des fins de calcul est plus complexe que la simple accumulation d'une grande quantité de qubits physiques, qui sont intrinsèquement instables et susceptibles de sortir de leur état quantique.

L’informatique quantique véritablement fonctionnelle repose sur ce que l’on appelle les qubits logiques. Il s’agit de clusters redondants et corrigés des erreurs de qubits physiques qui peuvent stocker des informations à utiliser dans un algorithme quantique. La création de qubits logiques pouvant être contrôlés comme des bits classiques constitue un défi majeur dans ce domaine, car il est largement admis que les technologies ne pourront pas décoller tant que les qubits logiques ne pourront pas être utilisés de manière fiable dans les ordinateurs quantiques. Actuellement, les systèmes informatiques les plus avancés ont réalisé un ou deux qubits logiques et une seule opération de porte quantique similaire à une seule unité de code.

Une équipe de chercheurs de Harvard dirigée par l'expert quantique Mikhail Lukin a fait de grands progrès dans le domaine de l'informatique quantique. En tant que premier auteur de l'article, Dolev Bluvstein, titulaire d'un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Lukin, a joué un rôle crucial dans cette percée.

L’équipe a désormais franchi une étape importante vers la réalisation d’une informatique quantique stable et évolutive grâce à un processeur quantique logique programmé capable de coder jusqu’à 48 qubits logiques et d’effectuer des centaines d’opérations de portes logiques. Le début d’un calcul quantique précoce, tolérant aux pannes ou systématiquement ininterrompu, est signalé par leur système, marquant la première démonstration d’exécution d’algorithmes à grande échelle sur un ordinateur quantique sans erreur.

La recherche a été menée en partenariat avec Markus Greiner, professeur de physique George Vasmer Leverett, des collègues du MIT et QuEra Computing, une société basée à Boston. Les innovations conçues par le groupe Lukin ont conduit à un accord de licence avec QuEra, sous l'égide du Harvard Office of Technology Development. Les concepts de correction d’erreurs quantiques et de tolérance aux pannes, théorisés depuis longtemps, commencent à faire leurs preuves, conduisant à un possible tournant semblable aux premiers stades de l’intelligence artificielle.

Lukin estime qu’il s’agit d’un moment déterminant pour l’informatique quantique qui pourrait annoncer des développements très particuliers dans ce domaine. Malgré les défis persistants, cette dernière réalisation devrait stimuler le progrès des ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle.

Cette réalisation historique intervient après des années de travail sur l’architecture informatique quantique connue sous le nom de réseau d’atomes neutres. Pionnière dans le laboratoire de Lukin, cette architecture est désormais commercialisée par QuEra. Il repose sur un bloc d'atomes de rubidium en suspension ultra-froids, les atomes – qui servent de qubits physiques au système – étant capables de se déplacer et de s'apparier en cours de calcul. Ces paires d’atomes enchevêtrées forment des portes et représentent des unités de puissance de calcul. Auparavant, l’équipe avait démontré de faibles taux d’erreur dans ses opérations d’intrication, renforçant ainsi la fiabilité de son système de réseau d’atomes neutres.

Selon Denise Caldwell, directrice adjointe par intérim de la direction des sciences mathématiques et physiques de la National Science Foundation, cette avancée témoigne de l'habileté des capacités d'ingénierie et de conception quantiques de l'équipe. Caldwell estime que ce développement accélérera non seulement les progrès dans le traitement de l'information quantique à l'aide d'atomes neutres, mais aidera également à explorer des dispositifs de qubits logiques à grande échelle qui présentent des avantages potentiels de transformation pour la science et la société dans son ensemble.

Avec leur processeur quantique logique, les chercheurs démontrent désormais le contrôle parallèle et multiplexé d’un ensemble complet de qubits logiques, à l’aide de lasers. Ce résultat est plus efficace et évolutif que de devoir contrôler des qubits physiques individuels.

"Estamos tratando de marcar una transición en el campo, hacia comenzar a probar algoritmos con qubits con corrección de errores en lugar de físicos, y permitir un camino hacia dispositivos más grandes", dijo el primer autor del artículo, Dolev Bluvstein, de la Escuela Griffin de Artes y Ciencias. Doctor. estudiante en el laboratorio de Lukin.

El equipo continuará trabajando para demostrar más tipos de operaciones en sus 48 qubits lógicos y para configurar su sistema para que funcione de manera continua, en lugar de realizar ciclos manuales como lo hace ahora.