Découvrez la révolution quantique avec Pulser Studio, la première plateforme de programmation d'ordinateurs quantiques à atomes neutres et à code zéro.
Comment fonctionnent les unités de traitement quantique (QPU) ? Comment sont-elles programmées ? Vous pouvez désormais faire l'expérience de la révolution quantique avec Pulser Studio, la première plateforme de programmation d'ordinateurs quantiques à atomes neutres et à code zéro. Tout le monde est invité à entrer dans notre plateforme et à acquérir de nouvelles connaissances sur l'informatique quantique en simulant notre matériel grâce à une expérience utilisateur unique. Avec Pulser Studio, vous vous familiariserez avec notre technologie et explorerez ses capacités sans écrire une seule ligne de code. Notre plateforme de programmation vous guidera pas à pas dans votre simulation grâce à nos widgets graphiques qui vous fourniront des informations interactives tout au long du processus.
Mise en place de processeurs quantiques d'atomes neutres pour l'informatique
Notre unité de traitement quantique est basée sur des atomes neutres, qui constituent l'une des architectures existantes les plus fiables et les plus évolutives.
Dans notre processeur quantique, nous commençons par piéger des atomes neutres de rubidium dans une chambre à vide. Ensuite, nous utilisons des lasers très concentrés et intenses, appelés pinces optiques, pour capturer les atomes individuellement et les manipuler afin de créer des réseaux 2D ou 3D. Nous pouvons les arranger dans n'importe quelle forme ! Un réseau ordonné d'atomes s'appelle un registre. La capacité de disposer les atomes dans une configuration arbitraire est une propriété remarquable des QPUs à atomes neutres, qui donne à l'utilisateur un degré exceptionnel de contrôle sur le système.
Dans notre QPU, chaque atome du registre représente un qubit, l'unité d'information quantique. En informatique classique, nous codons l'information en bits, qui peuvent prendre la valeur 0 ou 1. En informatique quantique, nous codons l'information dans des états quantiques que nous pouvons étiqueter ├ |0⟩ et ├ |1⟩. Contrairement au bit classique, le qubit peut se trouver soit sur ├ |0⟩, soit sur ├ |1⟩, soit sur les deux en même temps ! Avec une certaine probabilité d'être ├ |0⟩ et une certaine probabilité d'être ├ |1⟩. Cette propriété quantique est appelée superposition.
Dans notre QPU, les états |0> et |1> sont représentés par les niveaux d'énergie atomique et nous envoyons des impulsions laser sur les atomes pour provoquer des transitions entre ces états. Tous les détails de la physique et des mathématiques impliquées dans l'informatique quantique avec des atomes neutres peuvent être consultés dans notre livre blanc.
Créer votre séquence avec Pulser Studio
Avec Pulser Studio, vous créez votre registre en ajoutant ou en supprimant des atomes. Vous pouvez ajouter autant d'atomes que vous le souhaitez et les placer dans la configuration désirée ! Dans la simulation utilisant votre navigateur local, vous pouvez ajouter jusqu'à 12 atomes. Jusqu'à 6 atomes, la simulation s'exécute automatiquement ; de 7 à 12, vous devez appuyer sur le bouton de simulation. En survolant les atomes, la plateforme de programmation vous montrera toutes les informations les concernant, telles que leurs états d'énergie et leurs positions.
Une fois que vous avez configuré votre registre, vous pouvez créer vos séquences d'impulsions étape par étape à l'aide d'une interface graphique accessible et obtenir un retour d'information immédiat sur chaque étape. Avec Pulser Studio, vous contrôlez les paramètres des impulsions laser, tels que la durée, le front d'onde et la phase, afin de provoquer une transition cohérente entre les niveaux d'énergie atomique de vos qubits.
Pour cette étape, vous pouvez personnaliser quatre canaux : Rydberg local et global, et Raman local et global. Un canal est global lorsqu'il cible l'ensemble du registre et local lorsqu'il cible un atome individuel. Dans le mode local, vous pouvez choisir le qubit que vous souhaitez cibler. Vous pouvez également sélectionner la base, qui définit les deux niveaux d'énergie auxquels s'adressent les impulsions. Voyons ce qu'implique l'exécution de votre séquence dans la base Rydberg ou Raman.
En informatique quantique, il est crucial de créer un enchevêtrement avec vos qubits. L'intrication est une propriété fondamentale des objets quantiques, pour laquelle chaque sous-partie d'un système, en l'occurrence nos qubits, est fortement corrélée aux autres sous-parties même lorsqu'elles sont séparées par une distance telle qu'elles ne peuvent plus interagir. Cependant, l'intrication est fragile, et vous pouvez la perdre si vos qubits entrent en collision entre eux ou interagissent avec l'environnement. C'est pourquoi nous plaçons les atomes du registre très loin les uns des autres (quelques micromètres) afin d'éviter les collisions.
Mais pour préparer l'intrication, nous devons provoquer des interactions de van der Waals entre nos atomes. L'un des moyens d'y parvenir est d'amener les atomes à leur état de Rydberg {|r⟩} - des états de très haute énergie - qui font croître les atomes et interagissent fortement avec un atome de Rydberg voisin sur de longues distances. Dans Pulser Studio, vous créez des états de Rydberg sur vos atomes par le biais du canal Rydberg. Un atome de Rydberg peut influencer un atome adjacent en l'empêchant d'atteindre l'état de Rydberg. C'est ce qu'on appelle le blocage de Rydberg, un effet que nous pouvons exploiter pour résoudre de nombreux types de problèmes, par exemple les problèmes combinatoires.
En revanche, dans le canal Raman, les états du qubit sont encodés dans deux états hyperfins du système, nommés sol, |├ g⟩ = |├ 0⟩, et hyperfins, |├ h⟩= |├ 1⟩. Pour ces niveaux d'énergie, l'effet de blocage de Rydberg n'est pas présent.
Exécution et résultats
Les architectures à atomes neutres peuvent fonctionner selon deux modes différents : numérique ou analogique. Dans le mode numérique, nous exécutons des algorithmes dans des séquences d'opérations discrètes, communément appelées portes quantiques. Dans le cas analogique, l'ordinateur quantique évolue continuellement vers une réponse. Dans le mode analogique, les dispositifs fonctionnent dans ce que l'on appelle le Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) qui permet d'atteindre un avantage quantique précoce avec peu de qubits. Nous avons fourni une explication détaillée des approches numériques et analogiques dans notre précédent précédent.
En informatique quantique, nous finalisons une séquence en mesurant l'état final de tous les atomes. La simulation locale actuellement disponible vous permet d'explorer les résultats de votre séquence dans les onglets Histogramme et État quantique. En survolant un résultat spécifique, vous obtiendrez la représentation graphique de l'état dans l'onglet Registre. Vous pouvez alors choisir entre différentes bases de mesure ou représentations. Par défaut, la simulation utilise trois états possibles : deux états hyperfins et un état de Rydberg. Chaque mode de fonctionnement aura sa propre représentation :
L'analogique utilise la base sol-Rydberg. Le niveau de base est considéré comme le qubit |0⟩ et le niveau Rydberg comme le qubit |1⟩. Tout état hyperfin restant sera projeté sur |0⟩.
Le numérique utilise la base numérique (hyperfine). Les deux états hyperfins sont mis en correspondance avec |0⟩ et |1⟩. Tout qubit restant dans la base Rydberg sera projeté sur |0⟩.
Vous pouvez voir la force d'interaction représentée par des liens solides entre les atomes, ainsi que l'amplitude du laser, dans l'onglet du registre. Pour plus de détails sur la dynamique quantique, l'exécution et les résultats, consultez notre article Exploration des fonctionnalités de Pulser Studio.
Visualiser le code que vous générez avec votre séquence
Chez PASQAL, nous utilisons l'approche "full stack" pour soutenir les capacités des processeurs quantiques à atomes neutres. Pulser Studio est le dernier ajout à cette pile. Avant Pulser Studio, nous avons développé Pulserune bibliothèque Python bibliothèque Python pour la programmation d'unités de traitement quantique (QPU) d'atomes neutres au niveau de l'impulsion. Pulser est au cœur de notre pile logicielle. Il définit le format de base pour toutes les séquences d'impulsions créées et échangées entre les différents composants de la pile.
Même si vous n'aurez pas besoin d'écrire une seule ligne de code pour créer et exécuter votre simulation, notre plateforme dispose d'un panneau de code qui vous permet de visualiser le code que vous créez avec votre simulation. Le code Pulser généré est mis en évidence dans le panneau de code si un élément donné du registre ou de la séquence d'impulsions est sélectionné. En outre, vous pouvez exporter votre code ou importer une simulation. Les codes que vous avez générés peuvent vous aider à créer des cas d'utilisation réels à l'avenir.
Actuellement, vous pouvez exécuter votre simulation localement dans votre navigateur. Dans les prochaines mises à jour de la plateforme, vous pourrez utiliser nos véritables QPU ou nos émulateurs de QPU directement sur le cloud. Lorsque vous utilisez le moteur local, les états intermédiaires du système sont accessibles à tout moment entre le début et la fin de la séquence, ce qui vous permet d'explorer efficacement la dynamique du système et les effets de chaque changement de paramètres. Ceci est particulièrement important lorsque vous utilisez le mode analogique pour vous aider à comprendre et à construire une intuition sur les effets de vos entrées et de vos résultats.
Galerie d'exemples
Pour ceux qui souhaitent en savoir plus sur les applications de notre technologie, nous proposons une galerie d'exemples. Elle contient pour l'instant quelques exemples de base et est destinée à s'étoffer dans un avenir proche.
Commencez !
Si vous êtes prêt à vous lancer dans l'expérience Pulser Studio, suivez notre guide étape par étape. Pulser Studio est accessible au public dès aujourd'hui en vous inscrivant avec votre compte d'entreprise ou d'université à l'adresse suivante pulserstudio.pasqalcloud. Créez un compte et commencez à profiter de notre plateforme de programmation.
Références Henriet, L., Beguin, L., Signoles, A., Lahaye, T., Browaeys, A., Reymond, G. O., & Jurczak, C. (2020). Quantum computing with neutral atoms. Quantum, 4, 327. https://doi.org/10.22331/q-2020-09-21-327. Silvério, H., Grijalva, S., Dalyac, C., Leclerc, L., Karalekas, P. J., Shammah, N., Beji, M., Henry, L. P., & Henriet, L. (2022). Pulser : An open-source package for the design of pulse sequences in programmable neutral-atom arrays. Quantum, 6, 629. https://doi.org/10.22331/q-2022-01-24-629. Liens pertinents
Visitez notre Pulser Studio ici : pulserstudio.pasqalcloud. Visitez notre bibliothèque open source Pulser ici : github.com/pasqal-io/.
