Un état de la matière à deux dimensions temporelles réduirait les erreurs dans un ordinateur quantique

L’informatique quantique est au centre des préoccupations de nombreux chercheurs. Cette science qui repose sur les principes physiques de l’infiniment petit pourrait à terme devenir plus efficace que l’informatique classique. Cependant, l’ensemble des applications rendues possibles par un ordinateur quantique ne sont pas encore connues. Pour le moment cette technologie s’expose à de nombreuses erreurs de calcul, mais des chercheurs ont découvert une méthode pour réduire l’instabilité du qubit, l’unité de stockage de l’information d’un système quantique.

Le qubit s’expose à de nombreuses erreurs dans un ordinateur quantique

Cette équipe de chercheurs de l’université de British Columbia aux États-Unis a détaillé dans un article, publié dans la revue Nature le 20 juillet dernier, la découverte qui améliorerait le transfert de l’information via un ordinateur quantique. Pour comprendre son fonctionnement, il est important de savoir qu’en informatique quantique le qubit peut être simultanément 0 et 1, contrairement à un ordinateur classique qui fonctionne avec un système binaire. Cela signifie que l’unité d’information, le bit, peut soit prendre la valeur de 0 ou de 1, limitant les possibilités de calcul par rapport au quantique.

Un qubit qui se déplace dans un ordinateur quantique s’expose à des conditions et des perturbations qui encouragent son instabilité. Il est notamment confronté à une température proche du zéro absolu, soit −273,15 °C. L’une des questions centrales dans la recherche quantique est donc la diminution du nombre d’erreurs liées à ces conditions difficiles, qui empêche la viabilité de l’informatique quantique pour le moment.

La méthode découverte par le groupe de chercheurs a pour but d’empêcher le changement d’état de la matière du qubit qui entraîne la perte de l’information. Il ne s’agit pas du changement classique d’un état solide vers un état liquide ou gazeux, mais d’une conception moderne de ce principe. Au lieu de considérer la température à laquelle la matière peut se transformer, Andrew Potter, membre de l’équipe de chercheurs, explique que les erreurs sont la cause du changement d’état dans un système quantique.

Le temps à deux dimensions pourrait stabiliser les qubits

Pour limiter ces erreurs et conserver l’état du qubit, les chercheurs ont exploré l’influence du temps sur le changement d’état de la matière. Ainsi, l’équipe a démontré qu’il est possible de protéger les qubits d’une certaine catégorie d’erreurs à l’aide d’un concept complexe : le temps à deux dimensions.

Dans le but d’atteindre ces deux dimensions temporelles, les chercheurs se sont basés sur un concept mathématique qui s’en rapproche : la suite de Fibonacci. Dans cette suite de nombres, chaque nombre est la somme des deux nombres qui le précèdent. La suite débute de cette manière : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 etc. Les chercheurs veulent se baser sur ce principe pour définir un rythme d’impulsion laser à effectuer sur les qubits pour les protéger dans un ordinateur quantique.

La suite de Fibonacci se retrouve également dans une autre réaction physique qu’on appelle le quasi-cristal. La structure des quasi-cristaux est construite suivant une séquence qui est non répétitive et non aléatoire, comme dans la célèbre suite mathématique. Or les quasi-cristaux prennent une forme aplatie, ce qui dissimule une dimension supplémentaire. Les chercheurs ont donc déterminé que la suite de Fibonacci cache elle aussi une seconde dimension temporelle.

Les scientifiques ont testé des impulsions laser quasi-rythmiques, basées sur la suite de Fibonacci, sur les qubits piégés dans un ordinateur quantique. Les qubits ont pu rester dans un état stable pendant toute la durée de l’expérimentation, soit 5,5 secondes, alors qu’avec des impulsions périodiques, ils devenaient instables après 1,5 seconde. Les chercheurs se réjouissent de ces résultats qui prouvent que leur méthode est la piste à suivre pour diminuer les erreurs quantiques dans le futur.