L'ordinateur quantique fonctionne avec plus que zéro et un : les chiffres quantiques libèrent plus de puissance de calcul avec moins de particules quantiques

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L'ordinateur quantique d'Innsbruck stocke des informations dans des atomes de calcium piégés, chacun ayant huit états, dont les scientifiques ont utilisé jusqu'à sept pour le calcul.
CRÉDIT
Université d'Innsbruck/Harald Ritsch

Résumé:
Nous apprenons tous très tôt que les ordinateurs fonctionnent avec des zéros et des uns, également appelés informations binaires. Cette approche a connu un tel succès que les ordinateurs alimentent désormais tout, des machines à café aux voitures autonomes, et il est difficile d'imaginer une vie sans eux.

L'ordinateur quantique fonctionne avec plus que zéro et un : les chiffres quantiques libèrent plus de puissance de calcul avec moins de particules quantiques

Innsbruck, Autriche | Publié le 22 juillet 2022

S'appuyant sur ce succès, les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui sont également conçus avec le traitement de l'information binaire à l'esprit. "Les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques, cependant, ne sont pas que des zéros et des uns", explique Martin Ringbauer, un physicien expérimental d'Innsbruck, en Autriche. "Les restreindre aux systèmes binaires empêche ces appareils d'atteindre leur véritable potentiel."

L'équipe dirigée par Thomas Monz au Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck a maintenant réussi à développer un ordinateur quantique capable d'effectuer des calculs arbitraires avec des chiffres dits quantiques (qudits), libérant ainsi plus de puissance de calcul avec moins de particules quantiques.

Les systèmes quantiques sont différents
Bien que stocker des informations dans des zéros et des uns ne soit pas le moyen le plus efficace de faire des calculs, c'est le moyen le plus simple. Simple signifie souvent aussi fiable et robuste aux erreurs et ainsi l'information binaire est devenue la norme incontestée pour les ordinateurs classiques.

Dans le monde quantique, la situation est tout à fait différente. Dans l'ordinateur quantique d'Innsbruck, par exemple, les informations sont stockées dans des atomes de calcium individuels piégés. Chacun de ces atomes a naturellement huit états différents, dont généralement deux seulement sont utilisés pour stocker des informations. En effet, presque tous les ordinateurs quantiques existants ont accès à plus d'états quantiques qu'ils n'en utilisent pour le calcul.

Une approche naturelle pour le matériel et les logiciels
Les physiciens d'Innsbruck ont maintenant développé un ordinateur quantique qui peut exploiter tout le potentiel de ces atomes, en calculant avec des qudits. Contrairement au cas classique, utiliser plus d'états ne rend pas l'ordinateur moins fiable. "Les systèmes quantiques ont naturellement plus que deux états et nous avons montré que nous pouvons tous les contrôler de la même manière", explique Thomas Monz.

D'un autre côté, de nombreuses tâches nécessitant des ordinateurs quantiques, telles que des problèmes de physique, de chimie ou de science des matériaux, sont également exprimées naturellement dans le langage qudit. Les réécrire pour les qubits peut souvent les rendre trop compliqués pour les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui. "Travailler avec plus que des zéros et des uns est très naturel, non seulement pour l'ordinateur quantique mais aussi pour ses applications, ce qui nous permet de libérer le véritable potentiel des systèmes quantiques", explique Martin Ringbauer.

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