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Nouvelles avancées vers le calculateur quantique

Nous suivons de près ici les progrès vers le calculateur quantique. Ceci pour trois raisons:
 

Photonic quantum computer: two spontaneous photon-pair source are integrated within a tuneable Mach-Zehnder interferometer. The system is capable of generating and manipulating path-entangled two-photon states (credit: J. W. Silverstone et al./Nature Photonics)

Nous suivons de près ici les progrès vers le calculateur quantique. Ceci pour trois raisons:

- l'intérêt scientifique, consistant à maîtriser les entités quantiques, dites q.bit, dans des applications faisant appel aux propriétés particulières de celles-ci (encore mal comprises au plan théorique) : superposition, intrication, non localité notamment

- l'intérêt, plus généralement, consistant à pouvoir utiliser des calculateurs extrémement puissants pour résoudre les innombrables problèmes techno-scientifiques butant actuellement sur l'insuffisance des moyens de calcul.

- l'intérêt géo-stratégique. Le pays qui se donnera en premier les moyens d'utiliser de tels calculateurs pour notamment briser les barrières cryptographiques ou gérer les big data, dominera tous ses rivaux. C'est pourquoi nous sommes très attentifs, sinon alarmés, lorsque l'on apprend que la NSA, sans doute en collaboration avec Google, est en train de développer ce type de calculateur, à partir semble-t-il de solutions offertes par la firme canadienne D.Wave Systems..

Il est donc très intéressant d'apprendre, dans un article publié par Nature photonics, qu'une collaboration internationale (en majorité européenne) conduite par le Pr Mark Thompson, de l'université de Bristol (UK), a réussi à générer et manipuler des photons sur une puce de silicium. Pour voir l'intérêt de l'enjeu, il faut savoir que les prototypes de calculateurs quantiques actuels nécessitent de gros moyens techniques pour générer, conserver à l'abri de la décohérence et faire travailler ensemble un nombre de q.bits (aux alentours de la dizaine) permettant de commencer à réaliser des calculs d'un intérêt suffisant. Dans la technologie du calculateur quantique dit optique (utilisant des photons comme q.bits) il faut notamment installer d'encombrantes sources de lumière pour générer les photons.

Or la nouvelle puce rassemble des composants fortement miniaturisés capables de générer des photons dans la puce elle-même. Les premiers essais ont montré que le travail en commun des dispositifs intégrés dans la puce permet de produire des photons identiques de haute qualité, d'une façon reproductible. On peut donc espérer fabriquer industriellement de telles puces de silicium comportant des centaines de générateurs de photons analogues, tous travaillant en commun. Il s'agirait en fait d'un calculateur quantique optique de format réduit, capable de s'attaquer aux calculs les plus compliqués.

Les sources de photons isolés, les détecteurs et les circuits ont été réalisés séparément sur une base de silicium, puis intégrés selon les techniques utilisées actuellement par les fabricants de composants dans le domaine digital. L'ensemble permet d'obtenir des micro-puces d'un millimètre carré capables de générer et manipuler le processus essentiel du calculateur quantique qu'est l'intrication.

On notera que c'est Toshiba Corporation (Japon), aujourd'hui important concepteur de composants classiques, qui a réalisé le produit prototype. L'équipe comprend, outre des chercheurs de l'université de Bristol, des représentants de Toshiba, ainsi que des universités de Stanford, de Glasgow et de Delft. Après avoir travaillé 5 ans sur ce projet, l'équipe espère dans les deux prochaines années réaliser des calculateurs quantiques photoniques suffisamment performants pour rivaliser avec des calculateurs conventionnels et pouvoir s'attaquer à des calculs hautement spécialisés.

Restera aussi à produire les logiciels adéquats, ceux existant actuellement ne paraissant pas être au niveau nécessaire.

On observera avec intérêt que le Centre for Doctoral Training in Quantum Engineering (http://www.bris.ac.uk/quantum-engineering/) de l'université de Bristol va former de nouvelles générations d'ingénieurs, scientifiques et industriels capables de maîtriser collectivement les possibilités offertes par la physique quantique, puis, pourquoi pas, conduire la révolution du calculateur quantique, longtemps espérée mais sans résultats vraiment concluants à ce jour.

A supposer que les annonces objets de la publication dans Nature Photonics tiennent leurs promesses, il faudra se demander si ces projets seront mis dans le domaine public, ou brevetés de façon à les rendre inaccessibles aux compétiteurs. Au delà de cela, quelle grande puissance se donnera la maîtrise du développement et des usages des nouveaux produits, tant dans les domaines civils que militaires. La réponse à cette dernière question ne fait guère de doute pour nous.

References:
* J. W. Silverstone et al., On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources, Nature Photonics, 2013, DOI: 10.1038/nphoton.2013.339
http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n2/full/nphoton.2013.339.html
* J. W. Silverstone et al., On-chip quantum interference between two silicon waveguide sources, arXiv, 2013, arxiv.org/abs/1304.1490
http://arxiv.org/abs/1304.1490

18/02/2014
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