Les photons dansent le long d'une ligne de qubits supraconducteurs

Diagramme cartoonish de particules en mouvement.
agrandir / Les atomes ont toujours quelque chose en tête.

Quand je pense à l'informatique, je pense généralement aux portes logiques individuelles qui effectuent certaines opérations. Celles-ci peuvent être fusionnées dans des opérations plus complexes et utiles et finalement intégrées à un sinistre tel que EndNote. Même lorsque je fais un changement conceptuel et que je pense aux ordinateurs quantiques, je pense toujours aux portes de la logique quantique.

Cependant, il est possible que les ordinateurs quantiques n'utilisent pas directement les portes logiques. Comment pouvons-nous nous attendre si les portes logiques ne jouent pas un rôle dans l'informatique quantique? Une possibilité est le recuit, sur lequel j'ai beaucoup écrit.

Mais la belle-fille négligée de l'ordinateur quantique est en quelque sorte une "marche aléatoire quantique". Dans un petit miracle, les chercheurs ont montré une série aléatoire aléatoire de 12 bits quantiques. C'est le genre d'étape qui pourrait annoncer le début de la démonstration d'un ordinateur quantique basé sur un engrenage aléatoire.

Aléatoire calculé

La promenade aléatoire quantique utilise l’idée que les objets quantiques ne doivent pas nécessairement être situés dans l’espace ou dans le temps: une particule est aussi une onde et les ondes se propagent. Donc, si j’ai un objet quantique et que je lui propose deux façons de voyager, il s’étend et s’égare en même temps. Ce n'est qu'après avoir effectué une mesure, ou s'il y a quelque chose sur le chemin qui détruit l'état quantique, que le chemin emprunté par l'objet est sécurisé.

Un calcul peut être effectué en codant le problème dans le réseau de chemins disponibles pour un état quantique. Les qubits se répandent sur le réseau et interfèrent les uns avec les autres et partout où les chemins se croisent. En sortie, la valeur la plus probable pour les qubits est la réponse au problème.

La difficulté avec cette approche est de créer un réseau routier et de garder les qubits bien unis. En principe, chaque qubit doit se comporter de manière parfaitement prévisible lorsqu'il se déplace dans le réseau. Nous ne serons peut-être pas en mesure de prédire la valeur du qubit lorsque nous le mesurerons, mais nous devrions pouvoir prédire la probabilité du résultat de la mesure.

Malheureusement, chaque imperfection du réseau perturbe le qubit et réduit sa prévisibilité. Cela réduit la probabilité d'obtenir la bonne réponse à notre calcul. Assez d'imperfections, et l'ordinateur n'est pas meilleur que des suppositions aléatoires.

Entrez dans les calculs

Pour démontrer que les informations quantiques sont préservées au cours d'une propagation aléatoire, un groupe de chercheurs a rassemblé une série de 12 qubits supraconducteurs. Les chercheurs ont mis le qubit moyen dans un certain état. Cet état peut alors passer de son qubit d'origine au qubit suivant dans la direction gauche ou droite. En tant que qubit, c'est les deux sens à la fois.

En raison des propriétés de la chaîne, le qubit saute à des moments précis. En répétant et en interrompant l'expérience, les chercheurs ont pu suivre l'évolution du qubit le long de la chaîne. Ils regardèrent le qubit frapper simultanément les deux extrémités de la chaîne et revenir au centre. Le qubit le fait plus de deux fois avant de se briser, ce qui est assez remarquable.

C'était bien, mais aucun calcul n'est effectué. Celles-ci exigent que si deux qubits sont corrélés lors de la libération, ils doivent l'être plus tard après avoir gravi la chaîne. Les chercheurs ont effectué ce test en évaluant la valeur de deux qubits et en les faisant interférer. Ils ont montré que les corrélations étaient préservées. Mieux encore, le type de corrélation observé (anti-clustering pour ceux souhaitant être techniques) dépendait de la manière dont ils avaient réalisé le couplage entre les sites qubit de la chaîne.

Cela montre un troisième point important. Le calcul ne consiste pas seulement à avoir et à recevoir des qubits. Vous devez également contrôler leurs interactions. Bien que les chercheurs ne jouent pas avec cela, le fait qu’ils puissent ajuster le couplage afin d’obtenir certaines corrélations montre qu’ils sont déjà en contrôle.

La nature nous a battus

La partie la plus intéressante des ordinateurs quantiques Random Walk est peut-être qu'ils existent déjà, et nous n'existerions pas si cela ne fonctionnait pas.

Peut-être que je devrais expliquer ça. La photosynthèse fonctionne parce que la lumière crée une particule quantique appelée Exciton, qui doit se rendre à un centre de réaction avant de se désintégrer. La seule façon de le faire est de parcourir tous les chemins possibles en même temps. En raison de la puissance de l'interférence constructive (ou, si vous préférez, de l'ordinateur quantique), l'exciton survit environ 1000 fois plus longtemps que prévu, atteignant ainsi le centre de réaction.

Comme la photosynthèse a lieu à la température ambiante, cela me laisse espérer que l'ordinateur quantique finira par sortir du réfrigérateur à dilution d'hélium.

Science, 2019, DOI: 10.1126 / science.aaw1611 (À propos des DOI)

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