Chris Lee d’Ars Technica a passé une bonne partie de sa vie d’adulte à jouer avec des lasers, il est donc un grand fan de l’informatique quantique basée sur les photons. Alors même que diverses formes de matériel physique comme les fils supraconducteurs et les ions piégés progressaient, il était possible de le trouver jaillissant d’un ordinateur quantique optique mis au point par une startup canadienne appelée Xanadu. Mais, au cours de l’année qui s’est écoulée depuis que Xanadu a décrit son matériel, les entreprises utilisant cette autre technologie ont continué à progresser en réduisant les taux d’erreur, en explorant de nouvelles technologies et en augmentant le nombre de qubits.
Mais l’avantage de l’informatique quantique optique n’a pas disparu, et maintenant Xanadu est de retour avec un rappel qu’il n’a toujours pas disparu. Grâce à quelques ajustements apportés à la conception décrite il y a un an, Xanadu est désormais capable d’effectuer parfois des opérations avec plus de 200 qubits. Et il a montré que simuler le comportement d’une seule de ces opérations sur un supercalculateur prendrait 9 000 ans, alors que son ordinateur quantique optique peut les faire en quelques dizaines de millisecondes seulement.
Il s’agit d’une référence entièrement artificielle : tout comme l’ordinateur quantique de Google, l’ordinateur quantique est simplement lui-même tandis que le supercalculateur essaie de le simuler. Les nouvelles ici concernent davantage le potentiel d’évolution du matériel de Xanadu.
Reste dans la lumière
Les avantages de l’informatique quantique basée sur l’optique sont considérables. Presque toutes les communications modernes dépendent du matériel optique à un moment donné, et les améliorations de cette technologie ont la chance d’être directement appliquées au matériel informatique quantique. Certaines des manipulations dont nous pourrions avoir besoin peuvent être effectuées avec du matériel miniaturisé au point de pouvoir le graver sur une puce de silicium. Et tout le matériel peut être conservé à température ambiante, évitant certains des défis liés à l’entrée ou à la sortie de signaux d’un équipement proche du zéro absolu.
Xanadu semble convaincu que ces avantages sont suffisamment substantiels pour que la création d’une entreprise autour d’eux ait du sens. Le matériel que Lee a décrit l’année dernière repose sur une seule puce pour mettre les photons dans un état quantique spécifique, puis forcer les paires de photons à interagir de manière à les emmêler. Ces interactions forment la base des manipulations de qubit qui peuvent être utilisées pour effectuer des calculs. Les photons peuvent ensuite être triés en fonction de leur état, le nombre de photons dans chaque état fournissant une réponse au calcul.
La mise à l’échelle de cette technologie présente des défis. Étant donné que les photons ne peuvent interagir que par paires, l’ajout d’un autre photon signifie que vous devez inclure suffisamment de fonctionnalités matérielles pour ses interactions nécessaires. Cela signifie que la mise à l’échelle du processeur à un nombre de qubits plus élevé implique la mise à l’échelle de tout ce matériel sur la puce. Ce n’est pas un problème maintenant, mais cela pourrait facilement en être un à mesure que les choses passeront par des centaines à des milliers.
Choisissez votre propre aventure
Cette mise à l’échelle est probablement la raison pour laquelle le nouveau système de Xanadu, appelé Borealis, implique une révision importante de l’architecture. Sa machine précédente utilisait un tas de photons identiques qui entraient tous dans la puce en parallèle et la traversaient simultanément. Dans Borealis, les photons entrent dans le système de manière séquentielle et suivent un chemin qui ressemble un peu à un jeu « choisissez votre propre aventure ».
Le premier élément matériel touché par les photons est un séparateur de faisceau programmable, qui peut remplir deux fonctions. Si deux photons l’atteignent simultanément, ils peuvent interférer entre eux et s’enchevêtrer. Et selon son état, le séparateur de faisceau peut dévier les photons hors du chemin principal et dans une boucle de fibre optique. Le déplacement autour de cette boucle ajoute un retard au déplacement du photon, lui permettant de sortir de la fibre en même temps qu’un nouveau photon arrive au séparateur de faisceau, lui permettant de s’emmêler avec un photon ultérieur.
Une fois passé le premier séparateur de faisceau, les photons se dirigent vers un second, avec une boucle de fibre optique plus longue qui introduit un retard plus long pour tous les photons qui y sont envoyés. Et puis sur un troisième avec une boucle encore plus longue. Les retards facultatifs permettent aux photons de s’emmêler avec d’autres photons qui n’arrivent au matériel que bien après eux. Comme le présente Xanadu, chacun des trois séparateurs de faisceau de Borealis revient à ajouter une dimension supplémentaire à la matrice d’intrication, en la faisant passer de l’absence d’intrication à trois dimensions d’intrication potentielle.
Une fois à travers, les photons sont triés en fonction de leurs propriétés et envoyés à une série de détecteurs. Les détecteurs gardent une trace du nombre de photons qui arrivent et quand, ce qui fournira une réponse à tous les calculs qu’il effectue. Tel qu’il est configuré, il peut gérer plus de 200 photons individuels dans le cadre d’un calcul.