Google a démontré un pas en avant significatif dans la correction d’erreurs en informatique quantique – bien que la méthode décrite dans un article cette semaine reste loin d’une application pratique.

En décembre 2019, Google revendique la suprématie quantique quand il est Le processeur de 54 qubits Sycamore a terminé une tâche en 200 secondes qui, selon le géant de la recherche, prendrait 10 000 ans à un ordinateur classique. La réclamation était alors vivement contesté par IBM, Mais c’est une autre histoire.

[It is] une démonstration d’une méthode qui pourrait un jour être utilisée pour créer un bon système de correction d’erreurs en informatique quantique. Ce n’est pas encore un système efficace de correction d’erreurs lui-même

Un qubit est l’équivalent quantique d’un bit de calcul conventionnel. Chaque qubit peut être 0 et 1, comme en informatique classique, mais peut aussi être dans un état où il est à la fois 0 et 1 en même temps. Cet état mixte est connu sous le nom de « superposition ». En théorie, à mesure que vous ajoutez des qubits, la puissance de votre ordinateur quantique augmente de façon exponentielle, augmentant de 2^m, où n est le nombre de qubits.

Maintenant, en termes pratiques, il est difficile d’exagérer exactement à quel point les mots « en théorie » sont lourds à soulever dans cette dernière phrase.

Les qubits sont notoirement instables et sensibles à la moindre interférence environnementale, mais il est également difficile de comprendre combien d’erreur cette instabilité introduit. Les ordinateurs conventionnels sont également sujets aux erreurs, mais en tiennent compte en faisant des copies de bits et en effectuant une comparaison.

Regarder à l’intérieur d’un qubit est impossible, comme l’imaginait le pionnier de la mécanique quantique Erwin Schrödinger en essayant d’évaluer la véritable santé d’un chat soumis au hasard à un événement quantique mettant sa vie en danger à l’intérieur d’une boîte.

L’approche de Google au problème consiste à créer un ensemble parallèle de qubits « intriqués » avec les qubits effectuant le calcul en exploitant l’un des autres phénomènes étranges de la mécanique quantique.

Bien que des tableaux de qubits physiques aient déjà été utilisés pour représenter un seul « qubit logique », c’est la première fois qu’ils sont utilisés pour calculer des erreurs. Dans la configuration de la Chocolaterie, cinq à 21 qubits physiques ont été utilisés pour représenter un qubit logique et, avec un peu de calcul classique post-hoc, il a été constaté que les taux d’erreur diminuaient de façon exponentielle pour chaque qubit physique supplémentaire, selon un article publié dans Nature cette semaine. Il a également pu démontrer que la suppression d’erreurs était stable sur 50 tours de correction.

Jusqu’ici, tout va bien, mais l’expérience de Julian Kelly, chercheur chez Google, et de son équipe était une démonstration d’une méthode qui pourrait un jour être utilisée pour créer un bon système de correction d’erreurs en informatique quantique. Ce n’est pas encore un système efficace de correction d’erreurs en lui-même.

Un problème est l’échelle, a expliqué Martin Reynolds, vice-président distingué de Gartner. L’article suggère qu’un ordinateur quantique pratique pourrait avoir besoin de 1 000 à 10 000 qubits de correction d’erreur pour chaque qubit logique.

« Vous pouvez voir que l’échelle n’est pas là, mais le fait qu’ils le fassent démontre que cela fonctionne », a-t-il déclaré. Le registre.

Pendant ce temps, les chercheurs devraient améliorer la qualité de la stabilité des qubits pour arriver à une machine exploitable.

« Ils travaillent sur des qubits de très mauvaise qualité. Ces premiers qubits ne sont tout simplement pas assez bons, ils doivent être au moins 10 fois meilleurs en termes de bruit et de stabilité, même pour effectuer des corrections d’erreurs du type de celles que nous envisageons. mais le simple fait d’avoir cette pièce du puzzle en place est un très bon signe », a déclaré Reynolds.

Kuan Yen Tan, co-fondateur du CTO de la société d’informatique quantique IQM, nous a dit : « Ce que Google a fait, c’est de montrer que cette méthode de correction et de détection d’erreurs est très adaptée à la topologie qu’ils ont dans leur système. C’est très important. jalon pour montrer que la preuve de principe fonctionne. Maintenant, il ne vous reste plus qu’à la faire évoluer, et la mise à l’échelle est un très gros défi : c’est quelque chose qui n’est pas anodin : vous avez encore besoin de milliers, voire de millions de qubits pour pouvoir faire la correction d’erreur et la détection. C’est encore un énorme fossé technologique que vous devez surmonter. « 

Mais ce ne sont pas les seuls défis qui subsistent. L’approche de Google en matière de correction d’erreurs utilise des ordinateurs classiques pour détecter les erreurs probables à l’aide des données des qubits physiques une fois que son processeur quantique a exécuté les algorithmes.

L’étape suivante consiste à corriger les erreurs à la volée. Kuan a déclaré que l’expérience de Google reposait sur un ensemble de contrôles classiques lors de la détection d’erreurs, ce qui prend « vraiment, très longtemps ».

« Ensuite, vous devez revenir au qubit et dire, OK, maintenant nous devons corriger l’erreur à ce moment-là, l’erreur est déjà autre chose. Je pense que c’est le goulot d’étranglement en ce moment pour l’expérience », a-t-il déclaré.

Pourtant, les auteurs de Google soutiennent, dans une étude évaluée par des pairs, que leurs résultats suggèrent que la correction d’erreur quantique peut réussir à garder les erreurs sous contrôle. Bien que l’approche ne soit pas encore au seuil des taux d’erreur nécessaires pour réaliser le potentiel de l’informatique quantique, l’étude indique que l’architecture du processeur Sycamore de Google pourrait être proche d’atteindre ce seuil, ont déclaré les chercheurs. ®