Une nouvelle étude a réduit la limite théorique de la vitesse à laquelle les ordinateurs quantiques du futur pourront transmettre et traiter des informations.
Les systèmes informatiques quantiques ont la capacité d’effectuer certains calculs à une vitesse exponentielle par rapport aux ordinateurs classiques. En tant que tels, ils pourraient offrir d’énormes avantages pour la résolution de problèmes complexes, comme la recherche dans de vastes bases de données, le décryptage des cryptages modernes et la modélisation de systèmes à l’échelle atomique pour le développement de médicaments.
Les éléments fondamentaux de ces ordinateurs sont les bits quantiques, ou qubits. Bien qu’il existe plusieurs particules candidates, la plupart – sinon toutes – des qubits sont des atomes simples.
Les informations sont stockées sur le spin magnétique de ces particules atomiques, qui peuvent pointer vers le haut ou vers le bas, des états considérés comme équivalents aux 0 et 1 du code binaire.
Fait important, les qubits peuvent exploiter un étrange phénomène quantique appelé superposition, qui permet au spin d’exister dans les deux états simultanément. Un ordinateur quantique évolutif aurait besoin de milliers de ces qubits travaillant de concert sur des distances variables. Ces particules transmettraient rapidement des informations à d’autres qubits grâce à un autre phénomène appelé “intrication”.
La question est de savoir à quelle vitesse l’information peut se déplacer entre des particules dispersées sur des distances variables, grâce à l’intrication
“Les résultats précédents suggéraient que le temps nécessaire à l’intrication pour se propager dans tout un système peut être très faible lorsque les interactions entre qubits sont à longue distance, ce qui laisse ouverte la possibilité d’un transfert d’informations très rapide lorsque les interactions sont à longue distance”, a déclaré Michael Foss-Feig, physicien au National Institute of Standards and Technology (NIST) , à Jeremy Hsu, de IEEE Spectrum.
“Notre résultat impose une contrainte plus stricte sur le temps nécessaire pour distribuer les informations et l’intrication dans un système d’une taille donnée.”
Le résultat de l’équipe, qui a récemment été publié dans la revue Physical Review Letters, s’appuie sur deux articles qui ont précédemment exploré la limite de vitesse théorique de l’informatique quantique.
Le premier article, publié en 1972, a découvert une limite de vitesse finie pour la rapidité avec laquelle les qubits peuvent échanger des informations, s’ils ne peuvent le faire qu’avec le qubit d’à côté, sur des distances relativement courtes. Comme le souligne Hsu pour IEEE Spectrum, cette limite est connue sous le nom de ” Lieb-Robinson Bounds”.
La deuxième étude, publiée en 2005, s’est intéressée à la vitesse à laquelle les qubits pouvaient communiquer avec des qubits non voisins, sur de plus grandes distances – une considération importante pour les systèmes quantiques qui doivent relier différents composants. Elle a suggéré que les interactions sur de plus grandes distances pourraient en fait entraîner une limite de vitesse plus rapide.
“Ces résultats impliquaient qu’un ordinateur quantique pourrait fonctionner très rapidement, beaucoup plus rapidement que ce que l’on pensait possible”, a déclaré Mme Foss-Feig dans un communiqué de presse. “Mais au cours de la décennie suivante, personne n’a vu de preuve que l’information pouvait réellement voyager aussi rapidement.”
Mesurer la vitesse des interactions quantiques, c’est un peu comme aligner des dominos et chronométrer le temps que met la réaction en chaîne pour que le dernier tombe. Les physiciens qui explorent cet aspect du monde quantique alignent souvent plusieurs particules et observent à quelle vitesse la modification du spin de la première particule affecte celle qui se trouve le plus loin dans la chaîne.
L’équipe du NIST a analysé des années de recherche pour montrer que la limite de vitesse prédite par l’étude de 2005 était trop élevée, et a élaboré une nouvelle théorie mathématique, qui limite la vitesse à laquelle l’information quantique peut voyager via les interactions entre les états de spin.
“Plus cette contrainte est stricte, mieux c’est, car cela signifie que nous aurons des attentes plus réalistes quant à ce que les ordinateurs quantiques peuvent faire”, explique Mme Foss-Feig.
L’équipe s’efforce maintenant d’affiner ses prédictions de vitesse limite, mais comme l’explique Hsu pour IEEE Spectrum, il y a une réserve à ce travail : “Leurs calculs sont basés sur l’hypothèse que les interactions d’intrication à longue portée se désintègrent à un rythme particulier. Si les interactions d’intrication ne se désintègrent pas du tout avec la distance, un qubit pourrait théoriquement transférer instantanément des informations à un autre qubit très éloigné.”
Si tel était le cas, les ordinateurs quantiques pourraient encore être des démons de la vitesse.
Source : IEEE Spectrum