Les ordinateurs quantiques photoniques sont des outils informatiques qui exploitent la physique quantique et utilisent des particules de lumière (c’est-à-dire des photons) comme unités de traitement de l’information. Ces ordinateurs pourraient à terme surpasser les ordinateurs quantiques conventionnels en termes de vitesse, tout en transmettant des informations sur de plus longues distances.
Malgré leurs promesses, les ordinateurs quantiques photoniques n’ont pas encore atteint les résultats escomptés, en partie à cause des interactions intrinsèquement faibles entre les photons individuels. Dans un article publié dans Lettres d’examen physiquedes chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont démontré un grand état de cluster qui pourrait faciliter le calcul quantique dans un système photonique, à savoir l’intrication à trois photons.
« L’informatique quantique photonique est prometteuse en raison de ses avantages opérationnels à température ambiante et de sa décohérence minimale », a déclaré Hui Wang, co-auteur de l’article, à Phys.org.
« Cependant, le défi inhérent réside dans la faible interaction entre photons uniques, ce qui entrave la réalisation de portes déterministes à deux qubits essentielles à l’évolutivité. Pour résoudre ce problème, les concepts de fusion et de percolation ont émergé au cours des deux dernières décennies dans notre domaine. «
Des études antérieures suggèrent que la fusion et la percolation pourraient constituer des approches évolutives pour réaliser le calcul quantique dans les systèmes photoniques sans avoir recours à des portes déterministes intriquantes, telles que celles requises par les qubits supraconducteurs et les ions piégés. Dans le cadre de leur étude, Wang et ses collègues ont utilisé une stratégie qui consiste à fusionner de petits états de ressources, tels que l’état annoncé de 3 GHz qu’ils ont démontré, dans des états de cluster à grande échelle adaptés à la réalisation d’un calcul quantique basé sur des mesures.
« Le théorème de percolation stipule que le succès est réalisable si la probabilité de succès de la porte de fusion dépasse un seuil spécifique », a déclaré Wang.
« Dans ce cadre, la phase initiale consiste à générer l’état de ressource nécessaire, le plus petit état essentiel étant l’état à trois photons Greenberger-Horne-Zeilinger (3 GHZ). Il existe deux méthodes principales pour la génération déterministe d’état à 3 GHZ : ( i) utiliser des émetteurs de photons uniques comme les points quantiques, qui, bien que théoriquement déterministes, sont confrontés à des limites d’efficacité avec les technologies actuelles et (ii) générer de manière quasi-déterministe des clusters intriqués de manière annoncée, permettant une validation instantanée du succès sans perturber l’état cible.
Parmi les deux méthodes générant un état de 3 GHz, la génération quasi-déterministe de clusters intriqués de la manière annoncée semble actuellement être la plus prometteuse. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont pu obtenir cet état à partir d’une source à photon unique dans une puce photonique.
Leurs travaux constituent une étape importante sur la voie de la réalisation d’un calcul quantique photonique tolérant aux pannes. Plus précisément, leurs efforts pourraient accélérer le développement d’ordinateurs quantiques optiques à grande échelle qui s’appuient sur des états de 3 GHz pour traiter les informations quantiques.
« Notre configuration expérimentale nécessite l’injection de six photons uniques dans un interféromètre passif à 10 modes », a expliqué Wang.
« Notre implémentation utilise un point quantique InAs/GaAs comme source de photons uniques. Il convient de noter qu’il s’agit de la source de photons uniques de pointe parmi tous les systèmes physiques. L’interféromètre programmable, provenant de Quix, démontre une efficacité globale de 50 % Grâce à l’application d’une transformation unitaire spécifique, l’état de sortie résultant sur les ports 1 à 6 se manifeste sous la forme d’un état annoncé à 3 GHZ codé sur double rail, en fonction de la détection de photons uniques dans les deux ports et dans un seul des ports. ports. »
Le premier rapport sur des photons uniques annoncés remonte à 1986, alors que les premières paires de photons intriqués annoncées ont été réalisés en 2010. Les travaux récents de Wang et de ses collaborateurs s’appuient sur ces avancées antérieures, démontrant un grand état de cluster qui pourrait jouer un rôle clé en permettant une informatique quantique tolérante aux pannes et basée sur des mesures utilisant des puces photoniques.
Notamment, l’article a été publié à peu près en même temps que deux études connexes réalisées par d’autres équipes, présentées dans Lettres d’examen physique et Photonique naturelle, qui a rassemblé d’autres résultats impressionnants. Collectivement, ces développements suggèrent que nous nous rapprochons de la réalisation effective d’ordinateurs quantiques photoniques tolérants aux pannes.
« Dans un avenir proche, il est possible de réaliser une démonstration d’une porte de fusion dépassant le seuil de percolation en utilisant huit photons uniques », a ajouté Wang.
« En s’appuyant sur le succès de l’état annoncé de 3 GHz présenté dans cette étude, plusieurs états de ressources de 3 GHz peuvent être fusionnés pour former un état intriqué plus étendu. En outre, l’exploration de la génération d’états intriqués à grande échelle sur des plates-formes d’optique quantique intégrées est en cours. »
Plus d’information:
Si Chen et al, Heralded Three-Photon Intricment from a Single-Photon Source on a Photonic Chip, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.130603. Sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2307.02189
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