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Ordinateur quantique : après les qubits, voilà les qutrits !

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Par Laurent Sacco, Futura

Une équipe composée de physiciens de l'Université de Queensland, l'Université de Bristol et l'Université de Waterloo vient d'annoncer avoir réussi à intriquer un système porteur de qubits avec un autre système porteur de qutrits. Un résultat qui ouvre des perspectives pour le calcul quantique et la réalisation d'ordinateurs quantiques.

Erwin Schrödinger, l'un des fondateurs de la mécanique quantique. Crédit : th.physik.uni-frankfurt

Beaucoup de recherches sont effectuées dans le monde sur la notion d'information et de calcul quantique. Des ordinateurs plus performants et des algorithmes spécifiques à ces ordinateurs exploitant le mystérieux phénomène quantique d'intrication pourraient bien être la base d'une importante révolution technologique, et peut-être même de notre vision du monde.

Nombreux sont aujourd'hui les chercheurs qui comme Roger Penrose ou Paul Davies soupçonnent que l'information et le calcul quantique jouent probablement un rôle majeur dans le fonctionnement de l'esprit et même dans l’apparition et l’évolution de la vie. Si, avec Darwin, Watson et Crick, la biologie a eu ses Galilée et Newton, il se pourrait bien que ses Heisenberg et Schrödinger ne soient plus très loin...

Plus concrètement, des procédures de cryptage sûres sont impliquées par la théorie de l'information et du calcul quantique. On rappelle qu'un qubit est l'analogue quantique d'un bit classique. Mais alors qu'un système classique ne peut être que dans un état, 0 ou 1, un qubit quantique peut se retrouver simultanément dans deux états. C'est ce qui se produit avec le spin d'un électron ou la polarisation d'un photon. L'emploi de cette superposition de deux états est au cœur de la mécanique quantique et du calcul quantique.

Le principe des qubits. Cliquez pour agrandir. Crédit : Universes review

Un système à trois états serait plus stable que les qubits

Mais rien n'empêche un système quantique d'être dans une superposition de non pas 2 mais M états. Si l'on considère N électrons, on peut stocker 2N états d'informations. Avec un système à M états, c'est MN états. Mais la superposition des états est très fragile et en particulier, elle tend à disparaître lorsque le nombre de système quantique N croît. C'est le problème dit de la décohérence, qui complique singulièrement la réalisation d'un ordinateur quantique à qubits.

Un système avec 3 états, produisant des qutrits (3N), serait moins fragile et il en faudrait moins pour effectuer des calculs quantiques conséquents. C'est donc une voie non seulement pour la miniaturisation des ordinateurs quantiques mais surtout pour contourner le problème de la décohérence.

Les chercheurs sont parvenus à produire des qutrits à partir d'effets d'optique non linéaire réalisant l'intrication de photons polarisés portant des qubits. Ces mêmes photons, portant des qutrits, ont à leur tour été intriqués avec des photons portant des qubits. Cet aller et retour ouvre une voie vers la manipulation des qutrits pour effectuer des calculs quantiques.

Il reste toutefois encore beaucoup de travail pour réaliser peut-être un jour des ordinateurs quantiques optiques capables de battre des superordinateurs classiques.