Le contrôle du couplage qubits: avancée vers l'ordinateur quantique

Une équipe de recherche formée par NEC, l'Institut de Recherche en Physique-Chimie (RIKEN), financée par l'Agence Japonaise pour la Science et la Technologie (JST) a développé une nouvelle étape indispensable à l'élaboration d'un ordinateur quantique, qui était attendue depuis longtemps. Après le premier qubit au monde en 1998 ("quantum bit" soit l'équivalent d'un bit informatique dans sa version quantique) basé sur des semiconducteurs, puis la première porte logique au monde à base de 2 qubits sur semiconducteurs en 2003, l'équipe a démontré, pour la première fois, que l'on pouvait contrôler la force de couplage entre deux qubits à l'aide d'un circuit simple.


Les qubits ont la particularité d'avoir un état dit de "superposition" où les valeurs 0 et 1 sont prises en même temps, en plus des valeurs standard 0 et 1 du bit classique. Cette originalité permet à un nombre N de qubits de prendre 2^N valeurs en même temps alors que N bits ne peuvent prendre qu'une valeur à la fois parmi ces 2^N habituellement. La résolution de certains problèmes qui pourraient prendre 10 millions d'années avec les ordinateurs classiques, pourrait se faire en seulement quelques dizaines de secondes avec un ordinateur quantique.

Pour faire une opération de calcul quantique, il faut être capable de manipuler l'état quantique de plusieurs qubits au cours du temps. Une telle entreprise implique de pouvoir manipuler soit des qubits individuellement, soit deux qubits en même temps pour une opération logique, mais aussi d'être capable de démarrer ou d'arrêter le couplage entre deux qubits. Pour cela, l'équipe a utilisé un troisième qubit entre les deux autres capable de fonctionner comme un transformateur non linéaire activant ou désactivant le couplage entre les deux qubits. Le tout se contrôle par la simple impulsion d'une micro-onde. De plus l'opération de couplage ne réduit pas la durée de vie des qubits. Jusqu'à présent le contrôle du couplage s'était avéré une opération difficile à mettre en place. Avec une porte logique à un qubit, une porte logique universelle (porte de base pouvant permettre l'élaboration de toutes les opérations logiques d'un ordinateur comme le NAND dans les ordinateurs actuels) à deux qubit et la possibilité de coupler deux qubits, tous les outils de base nécessaires à la mise en pratique d'algorithmes quantiques sont réunies.

La prochaine étape des chercheurs est l'élaboration d'opérations quantiques plus complexes. On peut supposer qu'elles comporteront plusieurs portes logiques faites de paires de qubits couplés (les plus petites unités en logique quantique). L'équipe a publié sa nouvelle avancée vers l'ordinateur quantique dans l'édition du vendredi 4 mai de la revue américaine Science.