Une étude montre le potentiel d’un ordinateur quantique composé d’un petit processeur et d’une unité de stockage


Une étude montre le potentiel d'un ordinateur quantique composé d'un petit processeur et d'une unité de stockage

Figure montrant l’architecture de l’informatique quantique proposée par les chercheurs. Crédit photo : Gouzien & Sangouard.

Les systèmes informatiques quantiques, des systèmes informatiques basés sur les principes clés de la théorie quantique, pourraient largement surpasser les systèmes informatiques conventionnels en termes de vitesse et de performances. Au cours des dix dernières années, de nombreux physiciens du monde entier ont donc tenté de développer ces systèmes et d’évaluer leur potentiel.

Au lieu de coder les informations en bits, unités d’informations avec des valeurs binaires (c’est-à-dire 1 ou 0), les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits. Les qubits sont des analogues de la mécanique quantique des bits qui peuvent exister dans plus d’un état (c’est-à-dire 1 et 0 en même temps).

La plupart des systèmes informatiques quantiques développés à ce jour consistent en série de qubits qui sont placés sur une puce 2D et qui calculent directement les informations. Les ordinateurs classiques, quant à eux, se composent d’un qui traite les informations et d’une mémoire qui stocke les informations.

Des chercheurs de l’Université Paris-Saclay, CNRS, CEA ont récemment mené une étude qui a évalué les performances d’un quantique avec une structure similaire à celle des ordinateurs conventionnels. Vos résultats, publiés dans Lettres d’examen physique, proposent que l’intégration d’unités de stockage d’informations quantiques dans les systèmes informatiques quantiques pourrait permettre le développement de dispositifs qui contiennent beaucoup moins de qubits dans leurs processeurs.

« L’architecture qui est normalement envisagée pour les ordinateurs quantiques est de mettre tous les qubits sur une puce 2D et de faire les calculs directement sur ces qubits », a déclaré Élie Gouzien, l’un des chercheurs qui a mené l’étude Phys.org. « Dans notre travail, nous avons voulu remettre en cause cette idée d’avoir tous les qubits sur un seul processeur et avons étudié une architecture différente qui se rapproche de celle d’un ordinateur classique, dans lequel un processeur est couplé à une mémoire. »

Pour comparer efficacement leur architecture aux systèmes informatiques quantiques existants, Gouzien et ses collègues ont décidé d’évaluer leur capacité à exécuter un algorithme particulier. Plus précisément, ils ont évalué les ressources dont leur architecture avait besoin pour exécuter cet algorithme, y compris la surcharge de correction d’erreurs.

« Nous avons décrit en détail la décomposition de l’algorithme en portes élémentaires et l’avons adapté à l’architecture à examiner », a déclaré Gouzien. « Nous avons également pris en compte l’effort requis pour corriger les erreurs. Nous avons ensuite rassemblé ces deux éléments pour évaluer les ressources physiques requises pour exécuter l’algorithme de factorisation. »

Les chercheurs ont montré qu’avec un processeur de 13 436 qubits physiques, combiné à une mémoire pouvant stocker 28 millions de modes spatiaux et 45 modes temporels, un entier RSA de 2048 bits peut être factorisé avec des codes couleurs 3D sur 177 jours. Ils suggèrent également d’ajouter des étapes de correction d’erreur supplémentaires des qubits stockés chaque seconde, ce qui n’augmenterait le temps d’exécution que d’environ 23%. L’équipe a découvert qu’elle pouvait également réduire les temps d’exécution et de stockage en augmentant simplement le nombre de qubits dans l’ de traitement.

Dans l’ensemble, Gouzien et ses collègues ont découvert que l’ajout d’un composant mémoire pouvait réduire considérablement le nombre de qubits dans le processeur d’un système informatique quantique. Dans leur article, l’équipe suggère que leur architecture pourrait être réalisée en plaçant une interface micro-ondes entre un processeur composé de qubits supraconducteurs et une mémoire multiplexée.

« Bien sûr, la conception d’une mémoire quantique efficace n’est pas une tâche facile, mais c’est déjà un domaine de recherche et un défi plus important que d’intégrer des millions de qubits dans un cryostat », a déclaré Gouzien. « Nous espérons que notre article stimulera la recherche sur les mémoires quantiques et les alignera également sur leur utilisation dans le calcul. »


Un état intriqué avec trois qubits a été réalisé dans un arrangement entièrement contrôlable de qubits de spin dans le silicium


Plus d’information:
Élie Gouzien et al., Factoring 2048-Bit RSA Integers in 177 Days Using 13 436 Qubits and Multimode Storage, Lettres d’examen physique (2021). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.127.140503

© 2021 Réseau Science X

Citation: Une étude montre le potentiel d’un ordinateur quantique composé d’un petit processeur et d’une unité de stockage (2021, 13 octobre), consulté le 14 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-potential-quantum- compris-petit-processeur.html

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