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Fait marquant

La bataille de la cohérence quantique



​L'ordinateur quantique est la rencontre de deux univers très différents. D'un côté celui des physiciens, de l'autre celui les chercheurs de l'informatique théorique. Quand les deux mondes se rencontrent, les conclusions peuvent être inattendues.

Publié le 19 avril 2019

L'ordinateur quantique est la rencontre de deux univers très différents. D'un côté celui des physiciens qui depuis une vingtaine d'année parviennent à contrôler des états quantiques de plus en plus complexes ; c’est la seconde révolution quantique. De l'autre les chercheurs de l'informatique théorique imaginent un nouveau type de calcul qui exploiterait la mécanique quantique pour obtenir des performances inimaginables avec les ordinateurs existants. Aujourd'hui, un effort important est déployé pour essayer de faire se rencontrer ces deux univers.

Le bit quantique qui généralise le 0 et le 1 de nos ordinateurs est un objet continu : il est décrit par une petite aiguille qui peut pointer continûment entre le 0 et le 1. La puissance supposée de l'ordinateur quantique provient d'un phénomène appelé intrication : si une seule aiguille est suffisante pour décrire un bit quantique, il en faut en revanche un nombre exponentiel 2N pour décrire l'état d'une machine à N bits quantiques. Ainsi, l'état d'une machine à seulement 30 bits quantique est décrit par plus d’un milliard de petites aiguilles. Cette prolifération de degrés de liberté permettrait d'effectuer des calculs massivement en parallèle.


Mais l'intrication est aussi le cauchemar de l'ordinateur quantique car il faut parvenir à contrôler avec précision toutes ces petites aiguilles tout en évitant qu'elles ne soient perturbées par les autres degrés de liberté présents autour d'elles (vibration des atomes, fluctuations du champ électromagnétique…). Pour tenter de contrôler ce problème de précision, les chercheurs de l'informatique théorique ont imaginé des "codes de correction d'erreurs quantique" où on utilise de nombreux bits quantiques pour former un unique méta-bit quantique.

Dans un travail récent, Xavier Waintal, chercheur au laboratoire Photonique Electronique et Ingénierie Quantiques de l'IRIG a examiné ces codes du point de vue d'un physicien.

Ses conclusions sont assez pessimistes : il manque aujourd’hui de très nombreux ordres de grandeurs à nos technologies quantiques pour que cette voie soit envisageable. D’autres voies, comme la simulation quantique, seraient beaucoup plus tolérantes au problème de la décohérence.
En informatique quantique, un bit quantique ou qubit est l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. Une mémoire à qubits diffère significativement d'une mémoire classique par le fait qu'un bit ne peut prendre que les valeurs 0 et 1, et une seule à la fois. Un qubit n'a pas cette restriction.
En mécanique quantique, l'intrication quantique est un phénomène dans lequel deux particules forment un système lié et présentent des états quantiques dépendant l'un de l'autre quelle que soit la distance qui les sépare.
Un code de correction d'erreur quantique (QEC) utilise Nc bits quantiques pour construire un bit quantique "logique" de meilleure qualité que le bit "physiques" initial.

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