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Faire face aux erreurs de l'informatique quantique

Faire face aux erreurs de l'informatique quantique

La mécanique quantique est l'une des branches vénérées de la science, où le sujet d'étude concerne les particules subatomiques. Avec la mécanique quantique, nous avons pu étudier comment de très petites particules dans le monde, dans la gamme des atomes, des électrons et des photons, se comportent dans le monde.

Et leur contribution la plus remarquable au monde? Ordinateurs quantiques, technologies de communication laser, transistors, microscopes électroniques, etc.

Cependant, les informations quantiques sont susceptibles de changer en fonction de nombreux facteurs d'atténuation. Tout changement par rapport à la valeur d'origine entraînera une erreur et la correction d'erreur quantique ou (QEC) est utilisée pour maintenir les valeurs dans l'ordre.

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Dans cet article, parlons de certaines des complexités déroutantes de la mécanique quantique, de la manière dont elles entraînent des erreurs et de la manière dont les scientifiques tentent de les corriger.

Quand on parle de mécanique quantique, on l'associe toujours aux atomes. Mais comme le domaine de la mécanique quantique est si avancé, nous pouvons même l'étirer pour expliquer les choses plus vastes, plus précisément les choses quotidiennes qui nous entourent, non?

Non, contrairement à cette croyance commune, l'utilisation de la théorie quantique pour expliquer les grands objets renvoie souvent de fausses valeurs. Dans une définition plus scientifique, nous pouvons dire que la mécanique quantique n’est pas de bon augure avec la relativité générale proposée par Einstein.

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Pour comprendre l'écart entre la mécanique quantique et la théorie de la relativité, nous devons comprendre à la fois dans leur définition de base et comment elles s'appliquent au monde.

En mécanique quantique, nous étudions l'atome et même des particules plus petites comme les électrons. Ces particules subatomiques sont régies par un ensemble de règles différent des lois de la physique.

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Par exemple, la théorie quantique affirme que les particules comme les électrons ont à la fois la nature des particules et la nature des ondes, et elles sont également capables d'exister à deux endroits en même temps. Cela ne s'intègre pas bien dans le monde macro dans lequel nous vivons, car les objets qui nous entourent, que ce soit une table ou une boule, n'existent qu'à un seul endroit à la fois.

Un autre aspect de la mécanique quantique est qu'elle ne parvient pas à expliquer la gravité. Selon la mécanique quantique, le passage du temps et de l'espace est fixe.

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Cependant, selon Einstein, l'espace et le temps sont relatifs. De plus, l'espace peut se plier et se tordre. C'est évidemment une contraction de la façon dont la théorie quantique voit les choses.

Et c'est là qu'interviennent les erreurs dont nous avons parlé. Alors, comment les scientifiques peuvent-ils combler cette lacune?

Nous ne pouvons ignorer les deux théories, car les deux ont également raison dans leur propre écosystème. Lorsque nous prenons des objets plus grands, la théorie de la relativité nous donne des informations précises sur la façon dont l'objet répond et se comporte en présence de certaines forces.

Et, lorsque nous étudions les plus petites particules de l'univers, la mécanique quantique dresse une image claire de leur existence et de la façon dont elles interagissent les unes avec les autres. Nous ne pouvons pas avoir le même niveau de compréhension du royaume quantique que nous avons aujourd'hui sans la mécanique quantique.

Cependant, lorsque les mécaniques micro et macro interagissent, elles ne se répondent pas, ce qui crée des erreurs dans les calculs et les résultats. Alors que concluons-nous?

Même maintenant, avec toute notre puissance technologique, les erreurs de la mécanique quantique lorsqu'elles sont mises à l'échelle à des proportions macro restent insaisissables.

Il n'y a que deux vraies explications pour résoudre le problème.

Soit la mécanique quantique n'est pas universellement applicable et, par conséquent, ne peut pas être appliquée en termes de grands objets. L'autre explication de ces erreurs est que la physique manque de faits clairs et de certaines possibilités qui échappent à notre reconnaissance.

La seule solution à ce problème consiste à restreindre l'utilisation de la mécanique quantique pour évaluer des objets de certaines tailles.

Cependant, il existe un domaine dans lequel la mécanique quantique est de plus en plus utilisée au fil des ans: l'informatique quantique. Tout comme un ordinateur personnel, les ordinateurs quantiques sont également construits avec des pièces imparfaites.

La principale différence est qu'il existe un système bien établi qui est réservé uniquement à la correction des erreurs sur les ordinateurs personnels, alors qu'il n'en est pas de même pour les ordinateurs quantiques.

Les ordinateurs quantiques traitent les informations sous forme de Qubits. Les qubits ont la capacité de devenir ni un ni zéro et sortent des états intermédiaires.

Mais les Qubits sont très sensibles aux forces extérieures ou à l'environnement lui-même. Cela ouvre la voie aux erreurs qui se répercutent sur les résultats.

L'utilisation de Qubits logiques

Un scientifique principal du groupe de recherche d'Andreas Wallraff, Sebastian Krinner, pourrait avoir la réponse à cette question. Il est le premier lauréat du prix Lopez-Loreta à l'ETH Zurich et a mis au point un concept qui aidera l'informatique quantique à réduire le nombre d'erreurs.

Son idée est d'introduire un nouveau type de qubit appelé Qubit logique. Un qubit logique est une collection du qubit individuel.

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Ainsi, au lieu de travailler individuellement, ils travaillent à l'unisson, réduisent le taux d'erreur dans le processus. Cependant, la condition pour que le Logic Qubit fonctionne est qu'il doit posséder un taux de fiabilité élevé dès le début lui-même.

S'ils ont un taux d'erreur de plus d'un pour cent, le Logic Qubit apportera plus d'erreurs, ce qui est contre-productif. Des expériences sont en cours pour tester les Qubits logiques afin d'étudier leurs effets sur l'informatique quantique.

Une méthode différente est en cours de développement pour corriger les erreurs des ordinateurs Quantum à la volée. doctorat les étudiants Vlad Negnevitsky et Matteo Marinelli avec l'aide du postdoctorant Karan Mehta et d'autres collègues ont développé un système où ils peuvent mesurer les propriétés de deux espèces différentes dans une chaîne, les ions béryllium (9Be +) et un ion calcium (40Ca +).

L'avantage d'avoir deux espèces à mesurer est que par l'utilisation de propriétés quantiques, la mesure des caractéristiques d'un élément permettra aux chercheurs de connaître l'état de l'autre élément, sans le perturber.

Par exemple, la surveillance de l'ion calcium fournira aux chercheurs des informations sur les ions béryllium. Et la meilleure partie est que les ions peuvent être retenus pour plusieurs tests sans perturber les ions béryllium, ce qui n'était pas possible avec les tests informatiques quantiques conventionnels.

L'équipe a également construit un système de contrôle qui corrigerait les ions béryllium dès qu'ils dévieraient de leur cap. Cette forme de détection et de correction d'erreurs était quelque chose d'inédit dans l'informatique quantique.

Il est clair que la mécanique quantique comporte son lot d'erreurs, mais le niveau de puissance de calcul qu'elle apporte à la table en fait la seule méthode capable de résoudre des problèmes complexes.

Avec la recherche en cours dans le monde entier pour détecter et corriger les erreurs quantiques, nous nous dirigeons définitivement plus rapidement vers l'informatique quantique pratique.


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