Les scientifiques de la FU Berlin, l'Universidade Federal do Rio de Janeiro, et le MPQ développer une nouvelle méthode de certification des simulateurs quantiques photoniques.
Dans les 20 dernières années, le développement de dispositifs qui exploitent les lois de la physique quantique a fait des progrès impressionnants. Les nouvelles technologies quantiques promettent une variété d'applications passionnantes, par exemple dans le domaine de traitement quantique de l'information ou pour le codage des données en toute sécurité. Par conséquent, l'utilisation commerciale de dispositifs quantiques est devenue réalisable. Il est, cependant, un grave obstacle à surmonter: le manque d'outils pratiques pour la certification de la fonctionnalité des appareils. Cela empêche la transformation de complexes laboratoire set-ups dans des produits commerciaux. Maintenant, une équipe internationale de scientifiques a proposé une nouvelle méthode de certification applicable aux dispositifs photoniques dans laquelle quanta de lumière servent les transporteurs de l'information quantique.
Cette nouvelle méthode, développée par le Prof. Dr. Jens Eisert (Freie Universität Berlin), Prof. Dr. Leandro Aolita (Universidade Federal do Rio de Janeiro), le Dr Christian Gogolin, chercheur postdoctoral à la Division de la théorie à la MPQ (Garching) et Research Fellow à ICFO (Barcelone), ainsi que Martin Kliesch (Freie Universität Berlin), se caractérise par sa grande fiabilité et de simplicité (Nature Communications, le 18 Novembre 2015, DOI 10.1038 / NCOMMS9498). Il est une étape importante vers l'exploitation du comportement mécanique quantique des systèmes quantiques à plusieurs corps d'une manière contrôlée.
Simulation quantique ainsi que la cryptographie quantique est devenue de plus en plus important dans les dernières années. Le but ultime de tous ces efforts est un "ordinateur à usage général," un dispositif ayant le pouvoir de résoudre toutes sortes de problèmes différents, et surperformant tout ordinateur classique en termes de vitesse. Comment atteindre cet objectif demeure une question de recherche active à l'heure actuelle. Il ya, cependant, une sorte de stade intermédiaire qui est maintenant à portée de main: soi-disant simulateurs quantiques. En faisant usage des effets quantiques, ces dispositifs peuvent résoudre au moins certaines tâches spécifiques qui ne peuvent être traités efficacement avec des méthodes classiques. Ils sont rapides, mais pas universelle.
Optique quantique représente une plate-forme pour la mise en œuvre de simulateurs quantiques. Voici les propriétés mécaniques quantiques de quanta de lumière (appelés photons), tels que l'enchevêtrement et superposition, sont utilisés. Mais comment peut-on faire en sorte que les machines qui reposent sur l'utilisation de particules microscopiques fonctionnent de la façon dont ils sont censés faire? «La certification est très difficile, en particulier dans le cas des ordinateurs quantiques non-universelles," explique le Dr Christian Gogolin. "Ceci est, puisque les simulateurs quantiques sont limités dans leur capacité à effectuer des calculs. Donc vous ne pouvez pas exécuter tout type de programme de certification. Au lieu de cela, le programme doit être adaptée en fonction des propriétés spécifiques du simulateur quantique."
Le problème de la certification peut être compris en termes d'un jeu dans lequel un joueur très puissant - appelons-le Merlin - défie un adversaire beaucoup moins puissante, appelons-le Arthur. Merlin prétend être en possession d'un simulateur quantique, mais Arthur est douteux. Il veut avoir une preuve que cela est vrai, et ce simulateur quantique de Merlin est en effet capable de résoudre des problèmes qui dépassent ses propres capacités (Arthur). L'objectif est de trouver un moyen pour Arthur qui lui permet- en dépit de ses ressources limitées - pour vérifier si Merlin possède un simulateur quantique fonctionne.
Dans leur publication, les scientifiques proposent un test qui offre ce type de certification pour une variété de simulateurs quantiques optiques. D'une part, Arthur doit être capable de détecter et de caractériser des photons uniques. Deuxièmement, il doit utiliser un ordinateur classique afin de vérifier les solutions de Merlin et assurez-vous que son simulateur quantique délivre les valeurs correctes. Après un certain nombre calculable de «cycles» dans ce jeu Arthur saura avec une certitude de dire 99,9% si Merlin est en mesure de préparer un état quantique sélectionné pour une précision sélectionné.
Les techniques expérimentales qui sont disponibles aujourd'hui offrent un nombre étonnamment élevé d'applications potentielles des effets quantiques. Cela rend d'autant plus important de prouver que les méthodes à la hauteur de leurs revendications. "Jusqu'à présent, la plupart des efforts ont été consacrés à la réalisation de technologies quantiques alors certification reçu pratiquement aucune attention", élabore le professeur Jens Eisert. "Maintenant, nous avons atteint un point où ce goulot d'étranglement entrave les progrès expérimentale. La méthode que nous proposons est assez simple, mais très fiable. Bien qu'il est adapté pour les appareils optiques, il contribue aussi à trouver une solution générale au problème de la certification."