Sous l’impulsion de l’invention du transistor, du circuit intégré ainsi que des fibres laser et optique par les physiciens et ingénieurs du monde entier, le 20e siècle a sans doute été le siècle de l’information et de la communication. La mise au point de l’ordinateur, des dispositifs de communication personnels et de l’Internet a changé le monde dans lequel nous vivons. Mais les physiciens ne cessent de jongler avec notre compréhension des lois de la nature. Certains d’entre eux cherchent à maîtriser l’électron, le spin, l’atome et le photon. D’autres se demandent si l’ordinateur quantique serait beaucoup plus puissant que l’ordinateur classique, ou s’il est possible de créer une voie de communication tout à fait sécurisée. Voilà le domaine en émergence du calcul quantique et du traitement de l’information quantique.
Le présent numéro de La Physique au Canada présente l’information et le calcul quantique, expose certaines questions à l’ordre du jour en ce domaine et fournit un échantillon de travaux récents des physiciens au Canada. Ce numéro s’ouvre sur un article de Ghose et Sanders qui brossent un tableau des systèmes quantiques ouverts et de la ligne de démarcation entre le quantique et le classique. Les systèmes quantiques sont toujours enchâssés dans un cadre classique et il importe de saisir cette ligne de démarcation pour choisir des systèmes permettant de traiter l’information quantique. Le couplage du système quantique à un cadre mène à la décohérence et à l’erreur. Pour sa part, Gottesman se demande si l’on peut exécuter un calcul quantique farci d’erreurs, le calcul insensible aux défaillances. Cette capacité de corriger les erreurs sans détruire un état quantique a été un progrès vital pour assurer que l’on puisse, en principe, réunir des dispositifs de traitement de l’information quantique. Elle est aussi une étape importante dans l’élaboration de moyens de maîtriser les systèmes quantiques de façon évolutive. L’application des systèmes quantiques à la cryptographie repose sur le fait que le gain d’information par l’écoute illicite suppose une perturbation des états quantiques. La cryptographie quantique est un domaine en rapide expansion, grâce aux systèmes commerciaux dont on dispose déjà. Lo et Luttkenhaus décrivent la voie entre la théorie et les applications pratiques de la cryptographie quantique. Suit une série d’articles sur l’informatique quantique. Des prototypes d’ordinateurs quantiques rudimentaires existent déjà. Ils utilisent les spins nucléaires, les photons, les paires de Cooper dans les supraconducteurs et les spins électroniques dans les transistors à effet de champs comme bits quantiques. Baugh et al. se penchent sur les progrès récents du traitement de l’information quantique à l’aide de la résonance magnétique nucléaire et sur les perspectives du recours à la résonance du spin électronique. Une composante essentielle du traitement de l’information quantique à l’aide de photons est une source de photons uniques sur demande et des paires de photons enchevêtrées. Frederick et al. exposent les progrès récents dans l’application des points quantiques auto-assemblés de semi-conducteurs à titre de sources de photons uniques. Zagoskin et Blais décrivent l’application des circuits quantiques macroscopiques à supraconducteurs pour le traitement de l’information quantique. Enfin, Korkusinski et al. décrivent les progrès à localiser, maîtriser et manipuler les spins d’électrons à titre de bits quantiques dans les transistors à effet de champ à semi-conducteurs.
Ce numéro thématique de La Physique au Canada ne se veut pas une étude faisant autorité en ce domaine qui évolue rapidement, mais il vise plutôt à mettre en lumière et à illustrer les travaux exécutés au Canada en informatique et en information quantiques. Nous espérons qu’il fournira un aperçu et une source de références aux étudiants et chercheurs qui arrivent en ce domaine.
Enfin, nous tenons à remercier tous les auteurs de leur contribution et, au nom du Comité de rédaction, de l’occasion qui nous est ainsi fournie de partager avec les lecteurs de La Physique au Canada notre passion pour le calcul et l’information quantiques.
Pawel Hawrylak et Raymond Laflamme
Rédacteurs honoraires, La Physique au Canada
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Le genre masculin n'a été utilisé que pour alléger le texte.