<p style="text-align: justify;">À ce jour, les <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Ordinateur_quantique" target="_blank" rel="noopener noreferrer">ordinateurs quantiques</a> sont mis en œuvre pour que la programmation des opérations soit intégrée dans leur structure physique. Bien que de nombreuses démonstrations dans l&rsquo;informatique quantique aient permis de concevoir des dispositifs à des usages spécifiques, ils ne peuvent pas facilement être reprogrammés ou améliorer pour résoudre d&rsquo;autres problèmes plus importants comme l&rsquo;ordinateur classique.</p>
<p style="text-align: justify;">L&rsquo;architecture des ordinateurs classiques repose sur l&rsquo;architecture de Von Neumann, qui comprend une unité centrale de traitement (CPU) pour faire des calculs, une mémoire qui contient les données et les instructions du processeur et une interface d&rsquo;entrée et de sortie du CPU pour modifier les informations dans la mémoire. Cette architecture est facilement adaptable à presque n&rsquo;importe quelle taille, type d&rsquo;équipement avec une capacité désirée.</p>
<p style="text-align: justify;">Récemment, le groupe de recherche de John Martinis de l&rsquo;Université de Californie à Santa Barbara a crée le premier ordinateur quantique programmable à un usage général. Leur ordinateur quantique utilise des circuits supraconducteurs pour former un ordinateur quantique dont l&rsquo;architecture soit équivalente à celle de Von Neumann. Le résultat a donné le premier ordinateur quantique universel (à usage général). Pour illustrer l&rsquo;importance de cette conception, le circuit de l&rsquo;UCSB (Université de Californie à Santa Barbara) qui a deux registres qubit (bit quantique) et deux mémoires intriquées a été utilisé pour simuler une porte logique à trois qubits. Une telle fonction permettra de résoudre les problèmes d&rsquo;engorgements (capacité d&rsquo;informations supérieure à celle que le CPU peut supporter selon l&rsquo;architecture de Von Neumann).</p>
<p style="text-align: justify;">Le transporteur de l&rsquo;information quantique est le qubit, comparé par analogie au bit classique. Mais alors que le bit est un simple signal de 1 ou 0, le qubit est par essence un vecteur unitaire dont la direction est décrite par une paire d&rsquo;angles, θ et Φ. Ces angles décrivent la superposition des états quantiques que constitue l&rsquo;information quantique dans le qubit. Tandis qu&rsquo;un bits définit un paramètre binaire unique (+ 1), un qubit définit une variable continue complexe. Lorsqu&rsquo;une opération quantique est réalisée sur un qubit, ces angles changent, en modifiant ainsi l&rsquo; information quantique contenue dans ce qubit. Tout calcul quantique est finalement réduit à combiner les angles des états quantiques.</p>
<p style="text-align: justify;">les circuits supraconducteurs utilisés pour la mise en œuvre de l&rsquo;ordinateur quantique Von Neumann de l&rsquo;UCSB ont été choisi pour leur capacité à stocker le qubit d&rsquo;informations et leur facilité de production en utilisant des techniques de micro-fabrication standard. En plus, leur structure permet de coupler facilement les ondes radio MHz et GHz; ce qui permet un contrôle plus efficace des opérations informatiques au niveau électronique.</p>
<p style="text-align: justify;">Une plus grande dimension physique implique plusieurs types d&rsquo;interférences dues aux interactions environnementales conduisant à la décohérence des qubits supraconducteurs. Ce qui nous amène à réduire le temps de cohérence du qubits d&rsquo;environ 4 microsecondes sur le circuit de l&rsquo;UCSB. Toutefois, le paramètre clé est le nombre d&rsquo;opérations quantiques qui peut être traité dans le temps de cohérence. Dans le cas de l&rsquo;ordinateur de l&rsquo;UCSB, plusieurs centaines de cycles d&rsquo;opérations peuvent être réalisées sans perdre la cohérence quantique. Cependant, le nombre d&rsquo;opérations quantiques cohérentes doivent être considérablement augmenté pour être utilisé dans un ordinateur quantique supraconducteur de plus grande échelle.</p>
<p style="text-align: justify;">L&rsquo;organisation bas niveau de l&rsquo;ordinateur quantique de l&rsquo;UCSB est appelée RezQu (architecture Résonateur/zéro-Qubit). Il s&rsquo;agit d&rsquo;un ensemble de qubits supraconducteurs (dans l&rsquo;exemple actuel, deux qubits). Chacun des qubits supraconducteurs est couplée à un résonateur de mémoire dédiée, ainsi que d&rsquo;un bus commun d&rsquo;informations de résonance quantique. Le bus est utilisé pour coupler des qubits au cours des opérations de calcul, tandis que les résonateurs de mémoire sont utilisés pour stocker l&rsquo;état actuel des qubits. Lorsqu&rsquo;un qubit passe dans son résonateur de mémoire, il est placé dans un <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89tat_fondamental" target="_blank" rel="noopener noreferrer">état fondamental</a>.</p>
<p style="text-align: justify;">Grâce à leur nouvelle architecture, le groupe de l&rsquo;UCSB a pu mettre en œuvre la porte à trois qubits de Toffoli ou porte en phase avec une fidélité de 98%. Le calcul quantique Universelle peut être effectué en utilisant des combinaisons de la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Porte_de_Toffoli" target="_blank" rel="noopener noreferrer">porte de Toffoli</a> et des simples angles du qubit. Cependant, il semble qu&rsquo;actuellement une fidélité de 98% ne représente pas un taux d&rsquo;erreur suffisamment faible pour permettre aux algorithmes classiques de correction d&rsquo;erreurs de pouvoir reconstituer correctement l&rsquo;information. Ainsi, l&rsquo;ordinateur quantique Von Neumann de l&rsquo;UCSB est potentiellement capable de calcul quantique universel mais limité uniquement par les ressources mémoires et le temps de cohérence quantique. Il est nécessaire aussi d&rsquo;améliorer sa fidélité pour utiliser tout son potentiel.</p>
<p>La documentation de leur recherche a été publiée en ligne <a href="http://www.sciencemag.org/content/334/6052/61.abstract" target="_blank" rel="noopener noreferrer" class="broken_link">ici</a>.</p>
<p style="text-align: right;">Source : <a href="http://www.gizmag.com/quantum-computer-von-neumann/21340/" target="_blank" rel="noopener noreferrer">gmag</a>, <a href="http://www.ia.ucsb.edu/pa/display.aspx?pkey=2553" target="_blank" rel="noopener noreferrer" class="broken_link">ucsb</a>, <a href="https://physicsworld.com/a/computer-architecture-recreated-on-quantum-device/" target="_blank" rel="noopener noreferrer">physicsworld</a></p>
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