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Posté par Michel le Lundi 12/10/2009 à 00:00
Lecture haute-fidélité pour ordinateur quantique
Des chercheurs du CEA Iramis ont mis au point un dispositif de lecture d’un bit quantique supraconducteur, élément indispensable à un futur ordinateur quantique. Ce dispositif permet de lire sans le détruire le qubit avec une "fidélité" de lecture de 92 %, une performance suffisante pour envisager de l’utiliser dans un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes...) élémentaire à quelques qubits. Ces travaux font l’objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une...) d’une publication dans Nature Physics.

Même s’il reste aujourd’hui un rêve de physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot...), l'ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De...) fait l’objet de nombreuses recherches car il permettrait de traiter l'information plus efficacement, grâce au parallélisme massif (Le mot massif peut être employé comme :) qu'offrent les lois de la mécanique quantique(1).

Le développement de plusieurs familles de bits quantiques (qubits) progresse rapidement dans de nombreux laboratoires de par le monde (Le mot monde peut désigner :). C'est notamment le cas des qubits réalisés dans de petits circuits supraconducteurs, sur lesquels le CEA mène des recherches depuis une dizaine d’années. Les chercheurs du CEA Iramis ont inventé un dispositif qui permet de lire un tel qubit (On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique qui représente la plus petite...) avec une bonne fidélité (faible taux d’erreur), sans le détruire.

La lecture d’un bit d’information, étape tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait anodine dans le cas des bits classiques de nos ordinateurs, est particulièrement difficile pour un bit quantique dont l'état 1 tend naturellement à se transformer en 0 avant que la lecture ne soit terminée.

"Le nouveau dispositif de lecture que nous avons mis au point (Graphie) est basé sur un oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou pseudo-périodique s'il existe une dissipation...) micro-ondes supraconducteur entourant le qubit, expliquent les chercheurs de l’Iramis. Une impulsion micro-ondes est envoyée à l'oscillateur, qui adopte alors un état d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes...) dont la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) est déterminée par l'état 0 ou 1 du qubit en début de mesure. L’oscillation se maintient ensuite avec la même phase, même si le qubit "relaxe" de l'état 1 vers l'état 0. La mesure ultérieure de cette phase permet donc de déterminer correctement l'état initial du qubit."

La fidélité de lecture du dispositif de l’Iramis atteint 92% et préserve au mieux l’état du qubit. Ces résultats figurent parmi les meilleurs obtenus pour la lecture de qubits supraconducteurs et sont suffisants pour envisager d’utiliser ce dispositif de lecture dans un processeur élémentaire à quelques qubits.

Pour aller plus loin

- L'article "Vers des processeurs quantiques" du magazine Clefs CEA consacrés aux nanosciences et aux nanotechnologies.

- Le site internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le World Wide...) de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Iramis où sont notamment menés des recherches sur l'électronique quantique et la nanoélectronique


Note:

(1) Dans un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits...) classique, l’information est stockée sous forme de bits prenant chacun la valeur 0 ou la valeur 1. Dans l’ordinateur quantique les éléments de mémoire deviennent des bits quantiques, ou qubits: ceux-ci peuvent se trouver « à la fois » dans les deux états 0 et 1, au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) de la mécanique quantique (on parle de superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de...) d’états). Un ordinateur exploitant cette possibilité pourrait donc effectuer en une seule fois un même calcul portant sur de nombreuses valeurs différentes d’un paramètre d’entrée, stockées « simultanément » dans un même registre de qubits. Pour certaines tâches, ce traitement massivement parallèle surpasse tout ordinateur classique.


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Source: CEA
Illustration: CEA/DSM/DRECAM/Groupe Quantronique/Yuvanoe