Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont mis au point une architecture de calcul quantique permettant une communication extensible et de haute fidélité entre des processeurs quantiques supraconducteurs.

Les chercheurs du MIT ont démontré la première étape de leur travail : l’émission déterministe de photons uniques, ou porteurs d’information, dans une direction spécifiée par l’utilisateur, assurant ainsi que l’information quantique circule dans la bonne direction plus de 96 % du temps.

La connexion de plusieurs de ces modules permet de créer un réseau plus vaste de processeurs quantiques interconnectés malgré leur séparation physique sur une puce informatique.

« La capacité de communiquer entre de plus petits sous-systèmes permettra une architecture modulaire pour les processeurs quantiques, et cela pourrait être une manière plus simple d’atteindre une échelle supérieure par rapport à l’approche “brute force” d’utiliser une seule puce grande et compliquée », a déclaré Bharath Kannan, Ph. D. 22, co-auteur principal de la publication de recherche.

Défis du quantique à grande échelle

Un défi dans la construction d’un ordinateur quantique à grande échelle est qu’il faut trouver un moyen efficace d’interconnecter les nœuds d’information quantique. Des techniques conventionnelles sont utilisées pour les ordinateurs standards, mais ces techniques ne se traduisent pas directement vers les dispositifs quantiques.

De plus, le calcul quantique à grande échelle exige un matériel résilient et extensible afin de garantir que l’information est transmise et reçue.

Les connexions de réseau quantique traitent également des nœuds grâce à des photons qui circulent par des interconnexions appelées guides d’ondes, lesquels peuvent être unidirectionnels (déplaçant un photon uniquement vers la gauche ou la droite), mais également bidirectionnels.

Selon le MIT, la plupart des architectures existantes utilisent des guides d’ondes unidirectionnels, mais puisque chaque guide d’ondes ne déplace les photons que dans une seule direction, davantage de guides d’ondes deviennent nécessaires lorsque le réseau quantique s’agrandit, ce qui rend l’approche difficile à mettre à l’échelle.

« Nous pouvons éliminer ces composantes à pertes si nous avons un guide d’ondes qui permet la propagation à la fois vers la gauche et vers la droite, et un moyen de choisir la direction à volonté », explique Kannan. « Cette “transmission directionnelle” est ce que nous avons démontré, et il s’agit de la première étape vers une communication bidirectionnelle avec des fidélités beaucoup plus élevées. »

Prochaines étapes pour les chercheurs

Ayant trouvé une technique qui a permis d’atteindre une fidélité supérieure à 96 %, les chercheurs souhaitent connecter plusieurs modules et utiliser le procédé pour émettre et absorber des photons. Selon le MIT, ce serait une « avancée majeure » dans le développement d’une architecture modulaire combinant plusieurs processeurs à petite échelle en un processeur quantique à grande échelle plus puissant.

« Nous n’avons qu’une seule connexion physique qui peut accueillir un nombre quelconque de modules sur le chemin. C’est ce qui la rend évolutive. Après avoir démontré l’émission directionnelle de photons à partir d’un module, nous travaillons maintenant à capturer ce photon en aval sur un deuxième module », a déclaré Aziza Almanakly, co-auteure principale, étudiante en génie électrique et informatique au groupe Engineering Quantum Systems du Research Laboratory of Electronics (RLE) du MIT.