Avant d'assembler un immense puzzle, il faut fabriquer les pièces en série – sinon l'image ne se forme pas. Dans les ordinateurs quantiques à fusion, ces pièces sont de minuscules paquets de lumière : les états ressources photoniques. On les fait entrer en collision et on les mesure pour tisser progressivement la trame de calcul. Mais l'usine de ces puzzles lumineux fonctionne par à-coups : la naissance de chaque pièce est un événement probabiliste, et le taux de rebut dépasse celui des pièces valides.
Un groupe de chercheurs a envisagé le problème autrement – non comme une chaîne de montage, mais comme la recherche du chemin le plus court. Auparavant, pour construire la pièce lumineuse souhaitée, on énumérait les ordres d'émission des photons par des émetteurs quantiques – des atomes spéciaux capables de libérer des particules de lumière individuelles. C'est comme essayer de former un mot avec des cubes alphabétiques sans savoir dans quel ordre ils sortent du sac : les combinaisons sont nombreuses, mais une seule est idéale. La recherche du nombre minimal d'émetteurs et d'opérations parmi tous les ordres possibles s'est révélée si ardue qu'elle a été classée parmi les problèmes NP-difficiles – ceux pour lesquels on ne peut pas trouver de solution par simple énumération, même sur un ordinateur puissant.
Les auteurs ont remarqué que les états ressources possèdent une symétrie cachée – comme un flocon de neige dont les branches se répètent. Ils ont découvert que cette symétrie peut être exploitée pour simplifier radicalement l'optimisation. Au lieu d'une énumération aveugle, ils ont trouvé un moyen de prédire le meilleur ordre d'émission en s'appuyant sur la structure interne du motif lumineux. Pour l'état à 24 photons le plus sophistiqué, qui porte une protection logique contre les erreurs, le résultat est stupéfiant : seulement 3 émetteurs et 11 opérations CNOT – des portes logiques comparables aux interrupteurs « si-alors » de l'électronique classique.
Le flocon n'exige plus la tempête. Trois émetteurs, onze mouvements précis – et le puzzle lumineux le plus complexe est prêt à fonctionner. La réduction du nombre d'émetteurs et d'opérations signifie directement que les futurs processeurs quantiques à base de lumière pourront être construits avec des installations beaucoup plus modestes et moins coûteuses. L'usine d'états ressources cesse d'être le principal frein sur la voie d'un ordinateur quantique évolutif.
Un émetteur quantique qui libère des photons uniques sur commande peut être comparé à un minuscule canon tirant des balles de lumière. Mais contrairement aux balles, les photons ne se contentent pas de voler – ils sont aussi intriqués les uns avec les autres, comme si les tirs étaient synchronisés par un fil invisible.