Le marché de l’informatique quantique devrait atteindre 65 milliards de pounds d’ici 2030, un sujet brûlant pour les investisseurs et les scientifiques en raison de son potentiel à résoudre des problèmes d’une complexité incompréhensible.
La découverte de médicaments en est un exemple. Pour comprendre les interactions médicamenteuses, une société pharmaceutique peut vouloir simuler l’interaction de deux molécules. Le défi est que chaque molécule est composée de quelques centaines d’atomes, et les scientifiques doivent modéliser toutes les façons dont ces atomes pourraient s’agencer lorsque leurs molécules respectives sont introduites. Le nombre de configurations possibles est infini – furthermore que le nombre d’atomes dans l’univers entier. Seul un ordinateur quantique peut représenter, et encore moins résoudre, un problème de données aussi vaste et dynamique.
L’utilisation généralisée de l’informatique quantique reste dans des décennies, tandis que les équipes de recherche des universités et de l’industrie privée du monde entier travaillent sur différentes dimensions de la technologie.
Une équipe de recherche dirigée par Xu Yi, professeur adjoint de génie électrique et informatique à l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie, s’est taillé une position dans la physique et les programs des dispositifs photoniques, qui détectent et façonnent la lumière pour un huge éventail de utilisations, y compris les communications et l’informatique. Son groupe de recherche a créé une plate-forme informatique quantique évolutive, qui réduit considérablement le nombre d’appareils nécessaires pour atteindre la vitesse quantique, sur une puce photonique de la taille d’un sou.
Olivier Pfister, professeur d’optique quantique et d’information quantique à l’UVA, et Hansuek Lee, professeur assistant au Korean Innovative Institute of Science and Engineering, ont contribué à ce succès.
Nature Communications a récemment publié les résultats expérimentaux de l’équipe, A Squeezed Quantum Microcomb on a Chip. Deux des membres du groupe de Yi, Zijiao Yang, un Ph.D. étudiant en physique, et Mandana Jahanbozorgi, un Ph.D. étudiant en génie électrique et informatique, sont les co-premiers auteurs de l’article. Une subvention du programme Engineering Quantum Built-in Platforms for Quantum Conversation de la National Science Basis soutient cette recherche.
L’informatique quantique promet une toute nouvelle façon de traiter l’information. Votre ordinateur de bureau ou transportable traite les informations en longues chaînes de bits. Un little bit ne peut contenir qu’une des deux valeurs : zéro ou un. Les ordinateurs quantiques traitent les informations en parallèle, ce qui signifie qu’ils n’ont pas à attendre qu’une séquence d’informations soit traitée avant de pouvoir en calculer davantage. Leur unité d’information s’appelle un qubit, un hybride qui peut être un et zéro en même temps. Un manner quantique, ou qumode, couvre tout le spectre des variables entre un et zéro – les valeurs à droite de la virgule décimale.
Les chercheurs travaillent sur différentes approches pour produire efficacement le nombre énorme de qumodes nécessaires pour atteindre des vitesses quantiques.
L’approche photonique de Yi est attrayante car or truck un champ de lumière est également à spectre complet chaque onde lumineuse du spectre a le potentiel de devenir une unité quantique. Yi a émis l’hypothèse qu’en enchevêtrant des champs de lumière, la lumière atteindrait un état quantique.
Vous connaissez probablement les fibres optiques qui fournissent des informations by means of Online. Au sein de chaque fibre optique, des lasers de différentes couleurs sont utilisés en parallèle, un phénomène appelé multiplexage. Yi a porté le notion de multiplexage dans le domaine quantique.
Micro est la clé du succès de son équipe. UVA est un pionnier et un leader dans l’utilisation du multiplexage optique pour créer une plate-forme d’informatique quantique évolutive. En 2014, le groupe de Pfister a réussi à générer plus de 3 000 modes quantiques dans un système optique en vrac. Cependant, l’utilisation de ces nombreux modes quantiques nécessite une grande empreinte pour contenir les milliers de miroirs, lentilles et autres composants qui seraient nécessaires pour exécuter un algorithme et effectuer d’autres opérations.
“L’avenir du domaine est l’optique quantique intégrée”, a déclaré Pfister. “Ce n’est qu’en transférant les expériences d’optique quantique de laboratoires d’optique protégés vers des puces photoniques compatibles avec le terrain que la technologie quantique de bonne foi pourra voir le jour. Nous sommes extrêmement chanceux d’avoir pu attirer à UVA un professional mondial en photonique quantique tel que comme Xu Yi, et je suis très enthousiasmé par les perspectives que ces nouveaux résultats nous ouvrent.”
Le groupe de Yi a créé une supply quantique dans un microrésonateur optique, une construction en forme d’anneau de la taille d’un millimètre qui enveloppe les photons et génère un microcobe, un dispositif qui convertit efficacement les photons d’une seule à plusieurs longueurs d’onde. La lumière circule autour de l’anneau pour augmenter la puissance optique. Cette accumulation de puissance augmente les odds d’interaction des photons, ce qui produit un enchevêtrement quantique entre les champs de lumière dans le micropeigne.
Grâce au multiplexage, l’équipe de Yi a vérifié la génération de 40 qumodes à partir d’un seul microrésonateur sur une puce, prouvant que le multiplexage de modes quantiques peut fonctionner dans des plateformes photoniques intégrées. C’est juste le nombre qu’ils sont capables de mesurer.
“Nous estimons que lorsque nous optimisons le système, nous pouvons générer des milliers de qumodes à partir d’un seul appareil”, a déclaré Yi.
La method de multiplexage de Yi ouvre la voie à l’informatique quantique pour des problems réelles, où les erreurs sont inévitables. Cela est vrai même dans les ordinateurs classiques. Mais les états quantiques sont beaucoup in addition fragiles que les états classiques.
Le nombre de qubits nécessaires pour compenser les erreurs pourrait dépasser le million, avec une augmentation proportionnelle du nombre d’appareils. Le multiplexage réduit le nombre de dispositifs nécessaires de deux ou trois ordres de grandeur.
Le système photonique de Yi offre deux avantages supplémentaires dans la quête de l’informatique quantique. Les plates-formes informatiques quantiques qui utilisent des circuits électroniques supraconducteurs nécessitent un refroidissement à des températures cryogéniques. Comme le photon n’a pas de masse, les ordinateurs quantiques dotés de puces photoniques intégrées peuvent fonctionner ou dormir à température ambiante. De moreover, Lee a fabriqué le microrésonateur sur une puce de silicium en utilisant des strategies de lithographie normal. Ceci est critical car cela implique que le résonateur ou la source quantique peut être produit en masse.
“Nous sommes fiers de repousser les frontières de l’ingénierie en informatique quantique et d’accélérer la changeover de l’optique en masse à la photonique intégrée”, a déclaré Yi. “Nous continuerons à explorer des moyens d’intégrer des dispositifs et des circuits dans une plate-forme d’informatique quantique basée sur la photonique et d’optimiser ses performances.”