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L’informatique quantique sans erreur devient une réalité

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L’informatique quantique sans erreur devient une réalité

Vue d’artiste des opérations de porte sur des bits quantiques logiques protégés contre les erreurs par la correction d’erreur quantique. Crédit : Johannes Knunes

Les éléments de base de l’informatique quantique tolérante aux pannes sont expliqués

En raison d’une fabrication de haute qualité, les erreurs lors du traitement et du stockage des informations sont rares dans les ordinateurs modernes. Cependant, pour les applications critiques, où des erreurs simples peuvent avoir des effets graves, des mécanismes de correction d’erreurs basés sur la redondance sont toujours utilisés dans les données traitées.

Les ordinateurs quantiques sont intrinsèquement plus sensibles aux perturbations, de sorte que des mécanismes de correction d’erreurs seront toujours nécessaires. Sinon, les erreurs se propageront de manière incontrôlable dans le système et les informations seront perdues. Étant donné que les lois fondamentales de la mécanique quantique empêchent la copie des informations quantiques, la redondance peut être obtenue en distribuant des informations quantiques logiques dans un état intriqué de nombreux systèmes physiques, par exemple, plusieurs atomes individuels.

L’équipe de recherche, dirigée par Thomas Munns du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et Markus Muller de RWTH Aachen et Fürschungcentrum Jülich en Allemagne, a réussi pour la première fois à réaliser un ensemble de calculs sur deux logiques quantiques. Bits qui peuvent être utilisés pour effectuer n’importe quelle opération possible. « Pour un véritable ordinateur quantique, nous avons besoin d’un ensemble global de portes avec lesquelles nous pouvons programmer tous les algorithmes », explique Lukas Postler, un physicien expérimental d’Innsbruck.

Processus quantitatif de base réalisé

L’équipe de chercheurs a appliqué cette passerelle globale mise en place sur un ordinateur quantique à piège à ions avec 16 atomes piégés. Les informations quantiques étaient stockées dans deux qubits quantiques logiques, chacun réparti sur sept atomes.

Maintenant, pour la première fois, il est possible d’implémenter deux portes arithmétiques sur ces bits quantiques tolérants aux fautes, qui sont nécessaires pour un ensemble global de portes : une arithmétique sur deux bits quantiques (la porte CNOT) et un T booléen. porte, qui est particulièrement difficile à mettre en œuvre sur des bits quantiques tolérants aux erreurs.

Les éléments de base de l'informatique quantique tolérante aux pannes

Les éléments de base de l’informatique quantique tolérante aux erreurs sont présentés. Crédit : Yoni Innsbruck / Harald Rich

Le physicien théoricien Marcus Müller explique que « les portes en T sont des opérations très basiques ». « C’est particulièrement intéressant car les algorithmes quantiques sans portes en T peuvent être simulés relativement facilement sur des ordinateurs classiques, éliminant toute accélération potentielle. Ce n’est plus possible pour les algorithmes avec des portes en T. » Les physiciens ont démontré la porte T en préparant un état spécial dans un bit quantique logique et en le transmettant à distance à un autre bit quantique via un processus de porte intriquée.

La complexité augmente, mais la précision aussi

Dans les bits quantiques logiques codés, les informations quantiques stockées sont protégées contre les erreurs. Mais cela est inutile sans les opérations arithmétiques, et ces opérations sont elles-mêmes sujettes aux erreurs.

Les chercheurs ont mis en œuvre des opérations sur des qubits logiques de manière à ce que les erreurs résultant d’opérations physiques de base puissent également être détectées et corrigées. Ainsi, ils ont mis en œuvre la première application tolérante aux pannes d’un ensemble universel de portes à bits quantiques booléens codés.

L’implémentation tolérante aux pannes nécessite plus d’opérations que les opérations non tolérantes aux pannes. Cela introduira plus d’erreurs à l’échelle d’un seul atome, mais néanmoins les opérations expérimentales sur les qubits logiques sont meilleures que les opérations logiques tolérantes aux pannes », se réjouit Thomas Munz. « L’effort et la complexité augmentent, mais la qualité résultante est meilleure. » Les chercheurs examinent et confirment également leurs résultats expérimentaux en utilisant la simulation numérique sur des ordinateurs classiques.

Les physiciens ont maintenant démontré tous les éléments constitutifs de l’informatique tolérante aux pannes sur un ordinateur quantique. La tâche consiste maintenant à mettre en œuvre ces méthodes sur des ordinateurs quantiques plus grands et donc plus utiles. Les méthodes décrites à Innsbruck peuvent également être utilisées sur un ordinateur quantique à piège à ions dans d’autres architectures d’ordinateurs quantiques.

Référence : « Illustration of global fault-tolerant quantum gate operations » par Lukas Buchler, Sasha Heuen, Ivan Pogorelov, Manuel Rispeler, Thomas Feldker, Michael Meath, Christian D. Marciniak, Roman Stryker, Martin Ringbauer, Rainer Platt, Philip Schindler, Markus Muller et Thomas Mons, 25 mai 2022, disponible ici. tempérer la nature.
DOI : 10.1038 / s41586-022-04721-1

Un soutien financier à la recherche a été fourni, entre autres, par l’Union européenne dans le cadre de l’initiative phare Quantum ainsi que par l’Agence autrichienne de promotion de la recherche FFG, le Fonds scientifique autrichien FWF et la Fédération des industries autrichiennes du Tyrol.

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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