Chine : record mondial avec 2024 atomes sans défauts dans un système quantique à atomes neutres

Des scientifiques chinois ont réalisé le système de calcul quantique à atomes le plus vaste à ce jour. Une équipe dirigée par Pan Jianwei et Lu Chaoyang du Université des sciences et technologies de Chine, en collaboration avec Zhong Hanshen du Centre de recherche quantique de Shanghai et du Laboratoire d’intelligence artificielle de Shanghai, a réussi à construire en seulement 60 millisecondes une disposition sans défaut de 2 024 atomes neutres disposés en deux ou trois dimensions, battant ainsi le record mondial pour les systèmes à atomes neutres. Cette avancée repose sur une nouvelle approche fondée sur l’intelligence artificielle, permettant une parallélisation élevée et une consommation de temps constante, indépendante de la taille de la grille. Les systèmes à atomes neutres sont particulièrement prometteurs pour le calcul quantique grâce à leur excellente extensibilité, à des portes quantiques à haute fidélité, à une grande parallélisation et à une connectivité arbitraire. Ces systèmes utilisent des pièges optiques, ou « faisceaux lumineux », pour piéger des atomes neutres. Toutefois, la première étape critique consiste à transformer une configuration initiale aléatoire en une disposition ordonnée et sans défaut — une opération appelée « réarrangement ». Les méthodes traditionnelles de réarrangement souffrent d’une complexité croissante avec la taille du système, de pertes d’atomes et d’un ralentissement significatif, limitant ainsi les dispositifs à quelques centaines d’atomes. Pour surmonter ces obstacles, l’équipe a développé une méthode innovante basée sur l’intelligence artificielle. Elle utilise un modulateur spatial de lumière à haute vitesse, contrôlé en temps réel par un algorithme intelligent, pour ajuster dynamiquement la position et la phase des pièges optiques. Cette technique permet de déplacer simultanément tous les atomes avec une précision extrême. Dans cette étude, les chercheurs ont démontré la possibilité de réarranger des grilles bidimensionnelles et tridimensionnelles selon des configurations arbitraires, atteignant 2 024 atomes sans défaut en seulement 60 ms. L’un des points clés est que le temps nécessaire reste constant même lorsque la taille du système augmente, ouvrant la voie à des réarrangements efficaces pour des systèmes comptant des dizaines de milliers d’atomes. Les performances du système sont également remarquables : une fidélité des portes à un qubit de 99,97 %, de 99,5 % pour les portes à deux qubits, et de 99,92 % pour la détection. Ces chiffres sont désormais à la hauteur des meilleurs résultats mondiaux, posant ainsi les bases technologiques pour un ordinateur quantique universel et tolérant aux erreurs basé sur des atomes neutres. Les résultats ont été publiés le 9 août dans Physical Review Letters (PRL) en tant que « recommandation éditoriale », et ont été mis en lumière par le magazine Physics de l’American Physical Society. Les rapporteurs ont salué cette réalisation comme « un nouveau record en assemblage de 2 024 atomes » et comme « une avancée majeure en efficacité computationnelle et faisabilité expérimentale dans le domaine de la physique quantique des atomes ». Ce travail a été soutenu par des institutions nationales telles que le ministère de la Science et de la Technologie, la Fondation nationale des sciences naturelles, l’Académie des sciences de Chine, ainsi que par les gouvernements de la province d’Anhui et de la municipalité de Shanghai.