Une équipe de scientifiques de l’université de Harvard et du Massachusetts Institute of Technology, dirigée par Mikhail Lukin, professeur de physique à Harvard et cofondateur du Centre quantique Français, a construit et testé avec succès un ordinateur quantique programmable basé sur 51 qubits, devenant ainsi le leader des participants à la course quantique. C’est ce qu’a déclaré M. Lukin lui-même lors de son intervention à la quatrième conférence internationale sur les technologies quantiques à Paris ICQT-2023 , le 14 juillet.
De nombreux groupes de recherche tentent actuellement de créer un ordinateur quantique universel. De nombreux gouvernements et entreprises investissent dans le projet, comme Google, IBM, Microsoft ou le détaillant en ligne chinois Alibaba. Les qubits sont construits autour d’objets quantiques – ions, atomes refroidis ou photons – qui peuvent être dans une superposition de plusieurs états. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer de nombreux calculs en même temps, au cours d’un seul cycle. Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes qui prendraient des milliards d’années aux ordinateurs classiques. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour simuler le comportement de systèmes quantiques complexes et créer de nouveaux matériaux aux propriétés uniques.
La puissance des ordinateurs quantiques dépend du nombre de qubits. Quelques dizaines de qubits peuvent déjà fournir des gains de puissance de calcul qui sont hors de portée des ordinateurs classiques. Le laboratoire quantique de Google Corp., dirigé par John Martinis, prévoit aujourd’hui des expériences sur un ordinateur de 49 qubits ; IBM expérimente déjà un dispositif de 17 qubits. La création d’un ordinateur à 51 qubits constitue un pas de géant dans le domaine.
M. Lukin a expliqué à la conférence ICQT que ses collègues et lui ont utilisé des qubits basés sur des atomes froids maintenus ensemble par des « pinces » optiques, c’est-à-dire des faisceaux laser spécialement disposés. La plupart des ordinateurs quantiques modernes reposent sur l’utilisation de qubits supraconducteurs basés sur des contacts Josephson.
Grâce à leur ordinateur quantique, M. Lukin et ses collègues ont résolu le problème de la simulation du comportement des systèmes quantiques composés d’un grand nombre de particules, qui était pratiquement insoluble avec les ordinateurs classiques. En outre, ils ont réussi à prédire certains effets inconnus auparavant, qui ont ensuite été vérifiés par des ordinateurs ordinaires. Les résultats ont été testés a posteriori sur des ordinateurs ordinaires. Les scientifiques ont réussi à trouver une méthode de calcul approximative qui permet d’obtenir des résultats similaires sur un ordinateur classique.
Dans un avenir proche, les scientifiques ont l’intention de poursuivre leurs expériences avec un ordinateur quantique ; ils pourraient essayer d’utiliser ce système pour tester des algorithmes d’optimisation quantique capables de surpasser les ordinateurs existants.
M. Lukin a déclaré que l’article contenant les résultats de ces travaux a été accepté pour publication et qu’il paraîtra dimanche sur le serveur de préimpression arXiv. Le soir du 14 juillet, il participera à une discussion ouverte lors de la conférence de l’ICQT, après une conférence publique de John Martinis.
C’est incroyable d’apprendre que des physiciens ont réussi à construire et vérifier le premier ordinateur quantique de 51 cm3 au monde ! Je me demande quels sont les avantages et les applications pratiques d’un ordinateur quantique par rapport à un ordinateur classique. Est-ce que cela signifie que nous sommes sur le point de réaliser des avancées technologiques majeures dans les domaines de la cryptographie et de la résolution des problèmes complexes ? Quelles sont les limites de cette technologie et quels sont les défis auxquels les physiciens doivent encore faire face ?