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Posté par Adrien le Mercredi 15/06/2011 à 12:00
Ordinateur quantique: un correcteur d'erreurs itératif
Une équipe de recherche basée à l'Institut de Physique Expérimentale de l'Université d'Innsbruck et à l'IQOQI (Institute for Quantum Optics and Quantum Information, un institut de l'Académie des Sciences autrichienne) a réussi à démontrer expérimentalement la faisabilité d'une étape cruciale dans le développement d'un ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De petits ordinateurs quantiques ont...): la correction itérative d'erreurs. La même équipe a également réussi à intriquer 14 bits quantiques (ou qubits) (1), ce qui constitue un record mondial.

Pourquoi les correcteurs d'erreurs sont importants

Pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) système traitant des données, il existe des sources d'erreurs potentielles (réseau défectueux pour la transmission de données numériques par exemple). Des méthodes pour l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des...) classique ont ainsi été développées afin d'identifier et de corriger automatiquement les différentes erreurs produites au cours de la manipulation des données. Or les systèmes quantiques sont, de par leur nature même, encore plus sensibles aux perturbations que les systèmes classiques ; la correction d'erreurs pour un tel système demande donc un algorithme particulièrement performant. Le groupe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) mené par le 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 physicien dérive...) autrichien Rainer Blatt a démontré la faisabilité de la réalisation pratique d'un tel algorithme.

Contrairement à ce qui se fait pour un système classique, il n'est pas possible de copier l'information quantique - et par conséquent de comparer plusieurs fois les données pour détecter les éventuelles erreurs. Il est ainsi nécessaire de recourir à l'intrication, un phénomène quantique dans lequel l'état quantique de deux objets spatialement séparés se décrit globalement: deux particules intriquées forment en réalité un système unique, même si elles sont loin l'une de l'autre.

En pratique, les physiciens de l'équipe ont stocké trois ions calcium - dont l'un représente le qubit (On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. Il se compose...) de référence, les deux autres représentent chacun un qubit auxiliaire - dans un piège ionique. La première étape consiste à intriquer le qubit de référence avec les deux autres, ce qui transfère l'information quantique sur les trois particules. Ensuite, un algorithme quantique mis au point (Graphie) par les chercheurs vérifie s'il y a une erreur, détermine laquelle s'il y en a une et la corrige. Après la correction, les deux ions auxiliaires sont soumis à un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...) qui, en changeant leur état quantique, permet de les réinitialiser: c'est cet ajout expérimental qui permet de corriger les erreurs de façon répétitive.

Ce groupe de recherche est en pointe dans le domaine de l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique...). Il y a trois ans, il avait par exemple déjà présenté une porte quantique dont les sorties sont correctes plus de 99 fois sur 100.

Calculer sur 14 qubits

Le groupe est également détenteur d'un nouveau record depuis peu: celui de la taille d'un registre quantique. L'équipe a en effet pu réaliser l'intrication contrôlée de 14 qubits. Le précédent record, 8 qubits, datait de 2005 et était détenu... par la même équipe. Les 14 qubits -des ions calcium, encore- ont été confinés dans un piège ionique et manipulés à l'aide de lasers.

Les physiciens ont constaté que le taux de désintégration des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) n'est pas linéairement proportionnel au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de qubits, mais proportionnel au carré du nombre de qubits. Cela signifie que la sensibilité d'un système quantique augmente significativement lorsque le nombre de particules intriquées augmente. Ce phénomène est connu sous le nom de superdécohérence et a rarement été observé jusqu'à présent.

Note:

(1) Un bit quantique est une grandeur qui, une fois mesurée, vaut 0 ou 1 comme un bit classique. Mais elle se trouve avant la mesure dans un état 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,...) des deux valeurs. Par ailleurs, comme le processus de mesure détruit cet état de superposition, il est impossible de copier un bit quantique.
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