En combinant le calcul quantique et "l'interrogation quantique", des scientifiques de l'université de l'Illinois ont découvert une façon exotique de déterminer la réponse à un algorithme, sans que celui-ci ne s'exécute.
L'équipe de recherche conduite par le physicien Paul Kwiat a présenté la première démonstration d'un "calcul contrefactuel" qui déduit la réponse à un problème, alors même que l'ordinateur n'a pas fonctionné. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans l'édition du 23 février de Nature.
Les ordinateurs quantiques ont la potentialité de résoudre certains types de problèmes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. La vitesse et l'efficacité sont accrues parce que des bits quantiques peuvent être placés dans une superposition d'états un et zéro, par opposition aux bits classiques, qui ne possèdent que l'état un ou zéro. De plus, la logique cachée derrière la nature cohérente du traitement de l'information quantique est très souvent différente du raisonnement intuitif, ce qui peut mener à certains effets étonnants.
"Il peut sembler très bizarre que le calcul contrefactuel, qui utilise une information qui est à l'opposé de ce qui devrait s'être produit réellement, puisse permettre de trouver un résultat sans faire travailler l'ordinateur", indique Kwiat, "mais c'est la nature même de l'interrogation quantique qui rend possible cet exploit étonnant".
Aussi appelée "mesure sans interaction", l'interrogation quantique est une technique qui utilise la dualité onde-particule (dans ce cas-ci, un photon) pour examiner une région de l'espace sans interagir réellement avec celle-ci.
En utilisant un système d'interféromètres optiques couplés, l'équipe de Kwiat est parvenue à scruter "contrefactuellement" une base de données très simple à l'aide d'un algorithme qui altère l'état quantique du photon suivant le résultat. Le photon est placé dans une superposition d'états par lesquels il "exécute" ou non l'algorithme. Le système est tel que même si l'algorithme n'est pas exécuté, l'état quantique peut être modifié. "Nous avons également montré théoriquement comment obtenir la réponse sans jamais exécuter l'algorithme, en utilisant ce qu'on appelle l'effet quantique Zeno", explique Onur Hosten, auteur de l'article.
"En un sens, c'est la possibilité que l'algorithme a de s'exécuter qui l'empêche de le faire", remarque Kwiat. "C'est ce qui est au coeur de l'interrogation quantique, et à mon avis, tout le mystère de la mécanique quantique est là".
"Comme on ne peut pas agrandir l'échelle d'un ordinateur optique quantique, l'utilisation de ce genre de techniques d'interrogation pourrait permettre de réduire les erreurs dans les calculs quantiques", poursuit Kwiat. "Tout ce que l'on pourra faire pour réduire les erreurs [et ne pas exécuter un algorithme réduit forcément les risques d'erreur !] sera probablement plus efficace que d'augmenter la puissance des ordinateurs quantiques".