L’ajout d’un qubit supplémentaire dans un calculateur quantique n’est pas chose aisée. Et pour cause : chaque nouvelle unité logique ajoute du bruit au système. "Imaginons qu’il y a trois ou quatre qubits dans un dispositif et que nous voulons faire une opération avec deux d’entre eux, illustre Severin Daiss, chercheur de l’institut allemand Max Planck, au media Physics World. Comme ils sont tous dans le même appareil, il est possible d’avoir des interférences entre ces deux qubits et les autres, qui ne devraient pas participer au calcul."
Pour dépasser ce blocage, une approche est envisagée depuis quelques temps par la communauté scientifique : faire de plusieurs ordinateurs quantiques un système de calcul unique.
Cela permettrait d’éviter les interférences entre qubits voisins, cause de nombreuses erreurs dans les opérations. Début février, Severin Daiss et son équipe – des chercheurs en optique quantique de l’institut Max Planck, à Munich (Allemagne) – ont fait un pas dans cette direction. Ils ont effectué une opération avec deux qubits situés dans deux laboratoires distincts, à 60 mètres l’un de l’autre. Créant le premier prototype d’ordinateur quantique distribué au monde.
Qubit volant
Pour démontrer la faisabilité d’un tel système, les chercheurs ont installé deux dispositifs, dans deux laboratoires. Chaque appareil compte un qubit, sous la forme d’un atome de rubidium – un élément chimique notamment utilisé par la start-up française Pasqal dans son calculateur quantique. Les deux qubits sont reliés par une fibre optique de 60 mètres de long, sur laquelle est envoyé un photon. Ce photon fait office de "qubit volant" : il copie l’état du premier qubit et le renvoie au second, qui l’utilise pour effectuer une porte quantique.
Les portes quantiques sont les fonctions logiques primaires d'un calculateur. Ce sont elles qui régissent les interactions entre qubits, selon leur état, pour mener à bien des calculs. Ici, tout le défi est de réaliser cette porte avec des qubits situés dans deux systèmes distincts. Car pour agréger la puissance de plusieurs calculateurs quantiques, une simple liaison ne suffit pas. "Si vous réalisez une porte avec un module et que vous envoyez le résultat à un autre module, vous n’augmentez pas votre puissance de calcul", rappelle Severin Daiss, premier auteur d'une publication dans Science. Pour y parvenir, les chercheurs réalisent une téléportation de porte quantique : une porte logique basée sur des qubits situés dans des systèmes distincts. Ce qui n'avait jusque-là jamais été accompli.
Si le protocole – qui a démontré une fiabilité de 80 % – est pour l’instant limité à deux unités, les chercheurs envisagent déjà d’en décupler l’échelle, en augmentant le nombre d’ordinateurs du réseau ou leur nombre de qubits. "Notre schéma ouvre une nouvelle voie vers le calcul quantique distribué", se félicite le directeur de recherche Gerhard Rempe sur le site de l’institut. Elle permettrait par exemple d’associer plusieurs calculateurs de peu de qubits pour en décupler la puissance. Et dépasser les limites des calculateurs quantiques actuels.
