Des chercheurs ont construit le premier ordinateur quantique qui peut non seulement être programmé, mais aussi reprogrammé, tout comme un ordinateur ordinaire.
Ce dernier dispositif n’est constitué que de cinq atomes, mais il constitue un pas de géant vers la construction d’ordinateurs quantiques évolutifs et fonctionnels qui pourraient changer à jamais la façon dont nous traitons les données.
Les ordinateurs quantiques ont le pouvoir d’être exponentiellement plus puissants que les ordinateurs ordinaires d’aujourd’hui, qui sont basés sur des unités d’information appelées “bits” qui peuvent être dans un état “0” ou “1”.
Les processeurs quantiques, quant à eux, sont constitués de qubits, qui peuvent être à l’état de “1”, de “0” ou des deux en même temps – un état connu sous le nom de “superposition”.
Mais si de nombreux groupes ont construit de petits dispositifs de calcul quantique dans le passé, la plupart d’entre eux n’ont été câblés que pour résoudre un seul problème, et toute reprogrammation nécessite une physique complexe.
Ce nouveau dispositif est différent, car il est facilement reprogrammable et il a déjà été démontré qu’il pouvait résoudre trois algorithmes en une seule étape, ce qui nécessiterait plusieurs opérations de calcul pour un ordinateur normal.
L’équipe de l’université du Maryland appelle ce nouveau dispositif un “module”. Il est composé de cinq ions – des atomes chargés – piégés en ligne par un champ magnétique.
Ces ions constituent les qubits de l’ordinateur quantique et les chercheurs ont pu les placer dans l’un des trois états quantiques – 1, 0 ou superposition.
À ce stade du processus, la plupart des chercheurs ont du mal à changer facilement l’état de ces qubits, qui restent donc assez fixes dans l’état dans lequel ils se trouvent à l’origine.
Mais les chercheurs du Maryland ont combiné leur configuration de qubits avec un bon vieux logiciel, qui dirige un faisceau laser pour changer l’état des cinq qubits différents.
En dirigeant le laser sur ces ions piégés, le dispositif peut les faire passer dans un état quantique différent, reprogrammant ainsi leur machine.
“En réduisant un algorithme en une série d’impulsions laser qui poussent sur les ions appropriés, nous pouvons reconfigurer le câblage entre ces qubits depuis l’extérieur”, a déclaré le chercheur principal Shantanu Debnath. “Cela devient un problème de logiciel, et aucune autre architecture de calcul quantique ne possède cette flexibilité.”
La meilleure partie est le fait que ce module peut maintenant être relié à d’autres modules, soit en déplaçant physiquement les ions, soit en utilisant des photons pour transporter les informations entre eux, ce qui signifie que le système est totalement évolutif.
“En connectant directement n’importe quelle paire de qubits, nous pouvons reconfigurer le système pour mettre en œuvre n’importe quel algorithme”, a déclaré Debnath. “Bien qu’il ne s’agisse que de cinq qubits, nous savons comment appliquer la même technique à des collections beaucoup plus grandes.”
L’équipe a reprogrammé le dispositif pour exécuter trois problèmes que les ordinateurs quantiques sont connus pour être capables de résoudre – l’algorithme de Deutsch-Jozsa (qu’il a pu réaliser avec un taux de réussite de 95 %), l’algorithme de Bernstein-Vazirani (90 % de réussite) et l’algorithme de la transformation de Fourier quantique (70 %).
Dans l’ensemble, le logiciel utilisé pour programmer le module était précis à 98 % – ce qui est impressionnant pour une première tentative, mais devra être amélioré pour les itérations futures.
L’équipe travaille maintenant à l’ajout de qubits supplémentaires à son module – elle pense pouvoir en ajouter jusqu’à 100 – afin de pouvoir construire un ordinateur quantique qui puisse être utilisé aussi facilement qu’un téléphone moderne, sans qu’aucune reprogrammation quantique compliquée ne soit nécessaire.
“Pour qu’un ordinateur soit utile, l’utilisateur ne devrait pas être obligé de savoir ce qu’il contient”, a déclaré le chef d’équipe Christopher Monroe, “Très peu de gens se soucient de ce que leur iPhone fait réellement au niveau physique. Notre expérience fait passer les bits quantiques de haute qualité à un niveau supérieur de fonctionnalité en leur permettant d’être programmés et reconfigurés en logiciel.”
Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nature.