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Des chercheurs sur deux continents différents, annoncent deux grandes percées dans le domaine du calcul quantique, cette semaine : un système quantique construit sur les bases familières de l’architecture de von Neumann (processeur-mémoire) et un simulateur quantique numérique fonctionnel, construit sur une plateforme informatique quantique. Bien que ces développements sont encore en laboratoire, ils sont le signe qu’un saut quantique dans le calcul pourrait être bientôt d’actualité.

Image d’entête, une puce pour les calculs quantiques, les deux carrés noirs sont les qubits, ou processeur; les lignes qui serpentent au centre sont le bus quantique et les lignes latérales sont les méandres de la mémoire quantique.

Von_Neumann_architectureDans la première étude, les chercheurs de l’Université de Californie-Santa Barbara, annoncent qu’ils ont fabriqué la première puce d’ordinateur quantique reposant sur le système de von Neumann.

Portant le nom de son concepteur, l’architecture de von Neumann (schéma ci-contre) combine les processeurs et la mémoire et c’est la base de chaque ordinateur sur le marché. (Avec une exception récente notable.)

Ce processeur quantique est une grande avancée, car les ordinateurs quantiques, par définition, sont difficiles à concevoir. Ils sont basés sur le concept de superposition quantique, qui définit qu’un bit quantique ou qubit, peut exister dans deux états différents à la fois. Autrement dit, il peut être un 0 ou un 1 dans le même temps, il peut donc effectuer des calculs plus rapidement qu’un système basé sur 0 ou 1. Mais il est difficile de garder les qubits dans un état dans lequel cela est possible et d’interférer avec eux, en sachant que la lecture de leurs données peut détruire leurs capacités de superposition. Donc, un système qui intègre la mémoire à accès aléatoire dans les qubits, est un grand pas vers la création d’un ordinateur fonctionnel.

Image ci-dessous, le quantum de von Neumann : deux qubit sont couplés à un bus quantique, réalisant un “quCPU”. Chaque qubit est accompagné d’une mémoire quantique ainsi que d’une déclaration de remise à zéro. Les mémoires quantiques avec l’inscription de remise à zéro réalisent la quRAM.

quantum von NeumannLes chercheurs à l’UCSB ont refroidi leur processeur quantique à des températures proches du zéro absolu et effectué quelques calculs. L’information quantique a effectué des allers-retours entre les éléments de stockage et de transformation et le système a fonctionné, pas parfaitement, mais c’est un début. Ils ont également constaté que la mémoire quantique peut conserver l’information pendant des périodes beaucoup plus longues que les qubits, ce qui est aussi un bon signe.

Maintenant, l’équipe essaie d’augmenter le nombre de dispositifs quantiques intégrés sur une seule puce et ils étudient différents matériaux métalliques pour faciliter cette opération.

L’étude publiée sur l’AAAS : Implementing the Quantum von Neumann Architecture with Superconducting Circuits.

Simulateur quantique :

Dans un autre document quantique, des chercheurs en Autriche (Université de Innsbruck) rapportent la fabrication et le fonctionnement du premier simulateur quantique, un peu comme un ordinateur quantique, mais d’une portée différente. Il peut être utilisé pour modéliser le comportement des systèmes quantiques, qui peuvent potentiellement contribuer à l’amélioration des ordinateurs quantiques (quelques exemples ici : Simulation d’un calculateur quantique).
Il serait utile, pour de nombreuses raisons, de modéliser le comportement des systèmes quantiques, mais cela est impossible avec un ordinateur traditionnel. Cela prendrait un temps exponentiel, avec le système travaillant de plus en plus lentement alors que les calculs augmentent en nombre. Pour une description générale d’un système de spin quantique avec 300 particules, un ordinateur aurait besoin de plus de mémoire que ce qu’il n’existe dans le monde et même si toute la matière observable dans l’univers était transformée en mémoire, comme les chercheurs autrichiens l’ont décrit l’année dernière. Mais un simulateur quantique, qui peut effectuer beaucoup plus de calculs, ne subirait pas ce ralentissement. Pour en fabriquer un, vous auriez à contrôler soigneusement l’installation du simulateur et c’est ce que les Autrichiens ont fait.
L’équipe a utilisé six atomes de calcium refroidis par laser comme qubits et utilisé des impulsions laser pour lancer les calculs. Le système est capable de simuler plusieurs types de systèmes de spins en interaction, selon la revue Science, qui a publié deux documents aujourd’hui. Le simulateur peut être reprogrammé pour simuler tout type de système quantique, selon les chercheurs.

Ci-dessous : La description mathématique du phénomène à étudier est programmé en utilisant une série d’impulsions laser pour effectuer un calcul quantique avec des atomes.

Quantum-Simulation

L’extrait de l’étude publiée sur AAAS : Universal Digital Quantum Simulation with Trapped Ions.

Source et Source

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