Quelque aspects fondamentaux des qubits Description et réalisations expérimentales

Abstract

Dans le présent mémoire, nous nous sommes intéressées au concept du qubit partant de la description théorique à la réalisation expérimentale. Dans un premier lieu, nous avons revisité les idées fondamentales de la mécanique quantique, en mettant laccent sur les postulats de la physique quantique la notion détats mixtes et dopérateur densité en reformulant adéquatement les postulats de la mécanique quantique, les systèmes quantiques composés et le concept de la trace partielle, les notions de superposition et dintrication quantique et les différentes mesures de distance dans lespace de Hilbert et les systèmes quantiques ouverts. Par la suite, nous nous sommes focalisés sur le concept du qubit qui est un système de mécanique quantique à deux états présentant la particularité de la mécanique quantique. Il est à noter que 'invention du terme qubit est attribuée au physicien américain Benjamin Schumacher. Nous nous sommes intéressés à la construction de lespace de Hilbert du qubit ainsi quà sa représentation via le concept de la sphère de Bloch. Puis, nous avons introduit la notion des portes logiques quantiques suivie de la généralisation à des systèmes quantiques à deux qubits. Cela nous a permis de donner par la suite un aperçu assez succinct de la téléportation quantique et du paradoxe EPR. La dernière partie de ce mémoire est consacrée à la réalisations expérimentales du qubit, à savoir, moyennant la résonance magnétique nucléaire ( RMN) et les Ions piégés. Mais avant cela, nous avons rappelé les critères de DiVincenzo qui sont des conditions nécessaires à la construction d'un ordinateur quantique. L'une des nombreuses approches proposées pour la construction d'un ordinateur quantique est la résonance magnétique nucléaire. Cette dernière utilise les états de spin des noyaux dans les molécules en tant que qubits. Il est à noter que Les états quantiques sont sondés à travers les résonances magnétiques nucléaires, permettant au système d'être mis en uvre comme une variation de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire. Une autre une approche proposée pour la conception dun ordinateur quantique à grande échelle est lordinateur quantique à ions piégés. Les qubits y sont réalisés dans des états électroniques stables de chaque ion, et les informations quantiques peuvent être transférées moyennant le mouvement quantifié collectif des ions dans un piège partagé (interagissant via la force Coulombienne). A la fin, nous tenons à préciser que le défit majeur auquel font face toute ces tentatives de construction dun ordinateur quantique est de vaincre la décohérence et par conséquence maintenir les superpositions quantiques nécessaires dans tous les algorithmes quantiques. Cela peut se faire grâce à une prouesse technologique qui va permettre de réduite suffisamment le temps dexécution devant le temps moyens de décohérence ou par des programmes quantiques de corrections derreurs.