Les ordinateurs optiques se démarquent dans la course à l’informatique quantique

L’ère des appareils quantiques est bel et bien arrivée et il semblerait que la palme d’or soit attribuée aux ordinateurs quantiques qui fonctionnent avec des Qubits à photon. D’après de récents travaux de recherches, ces derniers seraient capables de surmonter les limitations actuelles et permettraient même de surpasser la performance des meilleurs calculateurs quantiques développés jusqu’à maintenant.

La nouvelle ère des ordinateurs quantiques photoniques (ou optiques)

L’approche adoptée par les ordinateurs quantiques photoniques (ou optiques) est totalement différente de celle des calculateurs quantiques développés par Google, IBM ou IonQ. Ceux-ci sont basés sur des Qubits (bits quantiques) qui exploitent des électrons ou des ions. Ils souffrent donc de limitations pratiques telles que le maintien à très basse température (-273 degrés Celsius) et la sensibilité des Qubits à leur environnement externe.

Les ordinateurs optiques fonctionnent quant à elles à température ambiante, peuvent être assemblés pour créer un maillage complexe de calculateurs quantiques et sont moins sensibles aux parasites, donc à la perte de l’état quantique.

Des percées technologiques indéniables

L’informatique quantique est une discipline vieille d’une vingtaine d’années. Toutefois, au cours de ces années, deux limitations majeures sont liées à l’usage des ordinateurs optiques : la difficulté de modifier l’état d’un Qubit en fonction de celui d’un autre et la programmabilité.

La première notion est liée au fait que les ordinateurs quantiques sont limités aux états d’un photon unique. Pour s’assurer que les résultats sont corrects, il est donc impératif de répéter plusieurs fois les calculs et les chances de succès diminuent avec l’augmentation du nombre d’opérations à effectuer. La non-programmabilité impose quant à elle de développer un nouvel ordinateur pour chaque nouveau calcul à effectuer. Un tel ordinateur est donc difficile à configurer et à mesurer.

Les avancées technologiques réalisées durant ces dernières années ont toutefois permis de lever ces limitations. Parmi ces percées figure d’une part l’apparition des détecteurs de comptage de photons qui permettent aux scientifiques de ne plus se limiter aux états encodés dans un seul photon. Il est donc désormais possible de manipuler plusieurs photons simultanément.

D’autre part, les circuits intégrés optiques possèdent dorénavant la précision et la fiabilité des circuits intégrés électroniques et leur usage s’est généralisé dans l’industrie et dans les télécommunications. Les chercheurs peuvent ainsi concevoir et fabriquer leur propre puce optique quantique.

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Premiers résultats encourageants pour l’informatique quantique

Face à ces avancées technologiques, des scientifiques de la startup canadienne Xanadu et du National Institute of Standards and Technology ont réussi à créer une puce optique intégrée qui génère 8 Qubits. Les calculs dans l’ordinateur s’effectuent alors à travers un circuit d’interféromètres Mach-Zehnder qui permet de déterminer la direction des faisceaux lumineux jusqu’à la sortie du dispositif.

Cette sortie donne les résultats des calculs effectués en fonction du réglage interne des interféromètres qui s’effectue à travers un code Python classique.

Pour valider les performances de leur puce optique, les chercheurs ont réalisé une série de tests sur des applications pratiques comme le calcul des états de vibration de l’éthylène ainsi que ceux du phénylvinylacétylène. Un test sur la similarité de graphes (reconnaissance de forme), l’un des premiers sur un calculateur quantique, a également été réalisé avec succès.

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Un avenir prometteur pour les ordinateurs optiques

L’avenir des ordinateurs quantiques photoniques s’annonce donc très prometteur, car le développement de puces optiques avec un plus grand nombre de Qubits n’est pas spécialement compliqué. Les chercheurs devront toutefois régler les problèmes de perte de photons et le développement d’un meilleur système de gestion thermique sera certainement nécessaire.

Contrairement aux Qubits supraconducteurs de Google ou IBM, le couplage des Qubits optiques sur les ordinateurs photoniques est plus simple et le développement d’un système plus complexe est beaucoup moins fastidieux. La mise à l’échelle des ordinateurs quantiques photoniques n’apporte donc pas de réels problèmes en termes de complexité et le nombre d’applications pratiques devrait augmenter radicalement dans les années à venir.