Un ordinateur quantique construit à l’intérieur d’un diamant.

Les diamants sont éternels ou, du moins, leurs effets sur l’informatique quantique. Une équipe qui comprend des scientifiques de l’USC a construit un ordinateur quantique dans un diamant, le premier de son genre qui inclut la protection contre les décohérence (le bruit qui empêche l’ordinateur de fonctionner correctement).

La démonstration montre la viabilité des ordinateurs quantiques à semi-conducteurs, qui, contrairement à leurs précédents à gaz et aux liquides, peuvent représenter l’avenir de l’informatique quantique, car ils peuvent être facilement agrandis. Actuelles des ordinateurs quantiques sont généralement très petits et – si impressionnants – ne peuvent pas encore concurrencer au point de vue vitesse, les ordinateurs traditionnels.

L’équipe multinationale de l’USC composée du professeur Daniel Lidar et le chercheur postdoctoral Zhihui Wang, ainsi que des chercheurs de l’Université de Technologie de Delft aux Pays-Bas, Iowa State University et l’Université de Californie, Santa Barbara a publié ses conclusions le 5 Avril.

Les diamants de l’équipe système ordinateur quantique comportait deux bits quantiques (appelés «qubits»), faites de particules subatomiques.

Par opposition à des bits d’ordinateur, qui encodent distinctement soit un ou un zéro, qubits peut coder un et un zéro en même temps. Cette propriété, appelée superposition, ainsi que la capacité d’états quantiques de « tunnel » à travers les barrières d’énergie, un jour permettra à des ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs d’optimisation beaucoup plus rapides que les ordinateurs traditionnels.

Comme tous les diamants, le diamant utilisé par les chercheurs contient des impuretés – autres que le carbone. Plus le diamant contient des impuretés, moins il est intéressant comme un morceau de bijoux, car le carbone ternit le cristal.

Cependant, l’équipe a utilisé les impuretés elles-mêmes.

Un noyau d’azote est devenu le premier qubit. Dans une seconde faille un électron est devenu le qubit second. (Bien plus exactement, le «spin» de chacune de ces particules subatomiques a été utilisé comme le qubit.)

Les électrons sont plus petits que les noyaux et effectuent des calculs beaucoup plus rapidement, mais aussi victime plus rapidement aux décohérences. Un qubit basé sur un noyau, qui est grand, est beaucoup plus stable, mais plus lent.

« Un noyau a un temps de décohérence lent, dans les millisecondes Vous pouvez penser que c’est très lent », a déclaré Lidar, qui détient une nomination conjointe avec l’USC School of Engineering de Viterbi et l’USC Dornsife Collège des Lettres, des Arts et des Sciences.

Bien que les systèmes informatiques à l’état solide ont existé avant, ce fut la première à intégrer la protection de la décohérence – en utilisant des impulsions micro-ondes sans cesse afin de changer la direction de la rotation des spins des électrons.

« C’est un peu comme le voyage dans le temps, » déclare Lidar, parce que la commutation du sens de rotation inverse du temps des incohérences dans le mouvement permet que les qubits reveniennent à leur position d’origine.

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L’équipe était en mesure de démontrer que leur système à diamant enfermé ne fonctionne pas dans un mode quantique en voyant à quel point cela correspondait « algorithme de Grover. »

L’algorithme n’est pas nouveau, Lov Grover de Bell Labs a été inventé en 1996, mais il montre la promesse de l’informatique quantique.

Le test est une recherche d’une base de données non triées, s’apparente à l’idée de rechercher un nom dans un annuaire téléphonique quand vous avez seulement reçu le numéro de téléphone.

Parfois, vous le trouver sur miraculeusement dès le premier essai, d’autres fois vous pourriez avoir à chercher dans le livre entier pour le trouver. Si vous avez les temps de recherche innombrables, en moyenne, que vous pouvez trouver le nom que vous recherchez après une recherche par le biais de la moitié de l’annuaire téléphonique.

Mathématiquement, cela peut être exprimé en disant que vous pouvez trouver le bon choix dans les essais X / 2 – si X est le nombre de choix au total que vous avez à effectuer la recherche. Ainsi, avec quatre choix au total, vous trouverez la bonne après deux tentatives en moyenne.

Un ordinateur quantique, en utilisant les propriétés de la superposition, peut trouver le bon choix beaucoup plus rapidement. Les mathématiques sont compliquées, mais en termes pratiques, la recherche d’un ordinateur quantique à travers une liste non triée de quatre choix vous permet de trouverer le bon choix sur le premier essai, à chaque fois.

Bien que n’étant pas parfait, le nouvel ordinateur ayant choisi le bon choix sur le premier essai pour une durée d’environ 95 pour cent du temps, il est assez suffisant pour démontrer qu’il agit de façon quantique.

 

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