Ces molécules piégées font franchir un cap historique à l’informatique quantique : elles réalisent des calculs encore jamais vus

La science de l’infiniment petit et des possibilités illimitées vient de franchir un cap majeur. Les chercheurs de l’Université de Harvard ont accompli un exploit que beaucoup pensaient impossible il y a encore quelques années : la manipulation de molécules pour effectuer des opérations quantiques. Cette avancée promet de révolutionner le domaine de l’informatique quantique et d’ouvrir de nouvelles perspectives dans des secteurs variés tels que la médecine, la finance et la science. Historiquement, les molécules ont été délaissées dans ce domaine en raison de leur structure complexe, mais cette nouvelle découverte pourrait bien changer la donne.

L’utilisation des molécules piégées : une première mondiale

Depuis deux décennies, des scientifiques de premier plan ont tenté d’exploiter les propriétés des molécules dans l’informatique quantique, mais sans succès. Cette fois, l’équipe dirigée par Kang-Kuen Ni, professeur de chimie et de physique à Harvard, a réussi à piéger des molécules de sodium-césium (NaCs) dans un environnement ultra-froid, ouvrant ainsi un nouveau chapitre pour l’informatique quantique.

En utilisant des pinces optiques, les chercheurs ont pu stabiliser ces molécules et exploiter leurs interactions dipolaires électriques pour effectuer des opérations quantiques. Le résultat : la création d’un état Bell à deux qubits avec une précision impressionnante de 94 %. Cet exploit démontre non seulement la faisabilité de l’utilisation des structures moléculaires en informatique quantique, mais aussi leur potentiel à surpasser les méthodes traditionnelles utilisant des ions ou des atomes.

Ce travail représente une avancée considérable dans la construction d’un ordinateur quantique moléculaire, comme l’a souligné Annie Park, co-auteur et chercheur postdoctoral. La capacité à manipuler des qubits moléculaires ouvre un champ de possibilités inexploré, grâce à des interactions complexes et des états quantiques riches en informations.

Les portes ISWAP : au cœur de l’expérimentation

La porte ISWAP, élément central de cette expérience révolutionnaire, permet l’échange d’états entre deux qubits tout en appliquant un déphasage. Cette procédure est cruciale pour générer des états intriqués, qui sont une des clés de la puissance de l’informatique quantique.

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L’intrication permet aux qubits de devenir corrélés, quelle que soit la distance qui les sépare, offrant ainsi des possibilités de calcul inégalées. Les chercheurs ont longtemps rêvé d’utiliser des structures moléculaires pour les calculs quantiques depuis les années 1990, mais ont été freinés par l’instabilité des molécules. Ces dernières, souvent imprévisibles, perturbaient la cohérence nécessaire pour des opérations fiables.

Le succès de l’équipe de Harvard réside dans leur capacité à piéger les molécules dans des environnements ultra-froids, réduisant ainsi significativement leur mouvement et permettant un contrôle accru de leurs états quantiques. Cette stabilité accrue pave la voie pour des améliorations futures en termes de précision et de fiabilité des expériences quantiques.

Applications potentielles : médecine, finance et bien plus

Les implications de cette avancée sont vastes. En médecine, par exemple, la capacité à effectuer des calculs rapides et précis grâce aux ordinateurs quantiques pourrait accélérer le développement de nouveaux traitements et thérapies. De même, dans le secteur de la finance, l’informatique quantique pourrait transformer l’analyse des données et la modélisation des risques.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes jugés insolubles par les systèmes traditionnels, grâce à leur capacité de traiter des informations dans des états multiples simultanément. C’est cette capacité unique qui promet de révolutionner notre approche des défis complexes auxquels nous faisons face aujourd’hui.

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En exploitant les propriétés uniques des molécules, les chercheurs pourraient également découvrir de nouvelles applications dans des domaines que nous n’avons pas encore explorés. Cette avancée est donc non seulement un jalon technologique, mais aussi une invitation à repenser nos méthodes et à explorer de nouvelles voies.

Les défis à venir : stabilité et précision

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— Interesting Engineering (@IntEngineering) January 22, 2025

Bien que cette découverte soit une avancée majeure, elle n’est que le début d’un long chemin pour réaliser pleinement le potentiel des ordinateurs quantiques moléculaires. Les défis liés à la stabilité et à la précision des opérations quantiques restent nombreux.

Les chercheurs doivent maintenant se concentrer sur l’amélioration de la stabilité des molécules piégées et sur la minimisation des erreurs dues à des mouvements résiduels. Les prochaines étapes incluent des évaluations approfondies des opérations réalisées, ainsi qu’une exploration des innovations possibles pour tirer parti des avantages de la plateforme moléculaire.

Comme le souligne Kang-Kuen Ni, il reste beaucoup de place pour l’innovation et de nouvelles idées sur la manière d’exploiter les avantages uniques des molécules en informatique quantique. Cette quête pour la stabilité et la précision pourrait bien être la clé pour transformer ces découvertes théoriques en applications pratiques.

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Collaborations et contributions : un effort collectif

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Cette avancée n’aurait pas été possible sans la collaboration étroite entre divers chercheurs et institutions. Outre l’équipe de Harvard, des physiciens du Centre de théorie de la matière quantique de l’Université du Colorado ont également joué un rôle crucial dans cette découverte.

Les contributions de membres du laboratoire de Kang-Kuen Ni, tels que Lewis R.B. Picard, Annie J. Park, Gabriel E. Patenotte et Samuel Gebretsadkan, ont été essentielles pour mener à bien ces expériences complexes. Cette coopération interdisciplinaire et interinstitutionnelle met en lumière l’importance des efforts collectifs pour surmonter les défis du domaine quantique.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature, soulignant l’impact de ces découvertes sur la communauté scientifique mondiale. Cet esprit de collaboration et d’innovation sera crucial pour les futures avancées dans le domaine.

En conclusion, la percée dans l’utilisation des molécules pour des opérations quantiques marque un tournant dans le domaine de l’informatique. Cette découverte, bien qu’initiale, ouvre des perspectives infinies pour l’avenir. Comment ces avancées vont-elles transformer notre compréhension et notre utilisation des technologies quantiques dans les années à venir ?

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