L’informatique quantique sera-t-elle basée sur la lumière?

2018-12-05

L’informatique quantique sera-t-elle basée sur la lumière?

De gauche à droite : Roberto Morandotti (Professeur), Piotr Roztocki (étudiant au doctorat), Bennet Fischer (étudiant au doctorat), Mehedi Islam (étudiant à la maîtrise), Young Zhang (post-doctorant) et devant Stefania Sciara (étudiante au doctorat).

Une équipe de l’INRS accomplit des opérations computationnelles en utilisant des états quantiques très complexes de la lumière, posant un jalon important dans le développement de l’informatique quantique.

Avec sa plateforme optique compacte, exploitant les caractéristiques quantiques de la lumière, l’équipe du professeur Roberto Morandotti se rapproche de la réalisation d’un premier ordinateur quantique photonique puissant. Dans la revue Nature Physics, les chercheurs de l’INRS révèlent qu’ils ont généré une classe particulière d’états quantiques – des états d’amas quantiques à hautes dimensions – et avoir utilisé ces derniers pour la mise en œuvre d’opérations de traitement quantique. Les états générés présentent des propriétés uniques qui les rendent plus robustes et puissants que tout autre état de cette classe réalisés jusqu’à présent.
 
Depuis près de dix ans, le professeur Roberto Morandotti pose une à une les pièces d’un système ambitieux : des puces où circulent les particules de la lumière, les photons, pour qu’elles deviennent un support d’information. Sur ces structures de la taille d’une pièce de monnaie, les photons sont générés et transformés pour leur attribuer des propriétés uniques. Son équipe est parvenue à créer pour la première fois des « états d’amas optiques à hautes dimensions », un des éléments nécessaires pour bénéficier de la puissance de l’informatique quantique.
 
Les systèmes informatiques basés sur l’électronique atteindront bientôt un point où il ne sera plus possible de repousser leurs limites. Cependant, la demande pour une plus grande force de calcul augmente sans cesse. C’est pourquoi les chercheurs se tournent vers l’informatique quantique, s’efforçant de trouver comment imprimer une quantité phénoménale d’information dans des particules lumineuses et de faire des calculs d’une complexité inouïe. 
 
Pour y arriver, on doit changer le support d’information en « bits quantiques », les qubits, l’unité qu’on compare aux bits de l’informatique conventionnelle. En définissant de façon judicieuse certaines propriétés quantiques des photons, il est possible d’augmenter les capacités de stockage d’information des qubits et d’obtenir ce qu’on appelle des quDits. Puis, en regroupant les quDits en amas, on parvient à mettre en œuvre des opérations computationnelles quantique. 
 
D’autres approches de l’informatique quantique font appel à des ions, des atomes ou d’autres « ressources quantiques », mais les efforts pour leur attribuer des propriétés aussi complexes que les photons se sont avérés inefficaces. Un autre avantage des photons est qu'ils « sont utilisés pour transmettre l’information par fibre optique dans les systèmes de télécommunication actuels. Les photons dont on contrôle les propriétés quantiques peuvent eux aussi voyager par ces mêmes voies sans perdre leurs attributs », souligne le professeur José Azaña de l’INRS, expert des télécommunications et collaborateur de cette recherche.  
 
La complexité et la richesse des états d’amas quantiques décrits dans l’article publié dans Nature Physics est inégalée jusqu’à présent. De plus, l’équipe de chercheurs a accompli des opérations de traitement de l’information quantique de hautes dimensions basés sur ces états d’amas quantiques, une première également. 
 
Les auteurs de cette recherche ont démontré que la lumière a tout ce qu’il faut pour alimenter les ordinateurs superpuissants du futur. Avec un système compact, offrant une grande compatibilité avec des technologies actuelles et capable de générer des états quantiques suffisamment complexes pour atteindre les objectifs de l’informatique quantique, ils ont franchi un pas de géant vers les ordinateurs quantiques.
 
Faits saillants de cette publication
 
Les premières :
  • Génération d’états d’amas quantiques de hautes dimensions
  • Opérations à hautes dimensions réalisées par des états d’amas quantiques
  • Création d’état d’hyper-intrication en fréquence et en temps

Les avantages du système photonique :

  • Composants disponibles commercialement
  • Compatible avec les systèmes de l’électronique intégrée
  • Compatible avec les systèmes de télécommunication
  • Possibilité d’assemblage en systèmes plus complexes (scalability)
  • Pratique et facile d’utilisation
  • Peu coûteux
  • Compact
 
À propos de cette publication
Christian Reimer, Stefania Sciara, Piotr Roztocki, Mehedi Islam, Luis Romero Cortés, Yanbing Zhang, Bennet Fischer, Sébastien Loranger, Raman Kashyap, Alfonso Cino, Sai T. Chu, Brent E. Little, David J. Moss, Lucia Caspani, William J. Munro, José Azaña, Michael Kues et Roberto Morandotti, « High-dimensional one-way quantum processing implemented on d-level cluster states », Nature Physics, publié le 3 décembre 2018, DOI: 10.1038/s41567-018-0347-x.
 
L’équipe de recherche a reçu un support financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du ministère de l’Économie et de l’Innovation du Québec, des Chaires de recherche du Canada, du Conseil de recherche australien, de l’Union Européenne, de l’Académie des sciences de la Chine, de la Fondation John Templeton, du gouvernement de la Fédération de Russie et du programme 1000 talents du Sichuan (Chine).
 
Source :
Stéphanie Thibeault
INRS, 3 décembre 2018