Par Matthieu Sparkes

Google a montré que son ordinateur quantique Sycamore peut détecter et corriger les erreurs de calcul, une étape essentielle pour l’informatique quantique à grande échelle, mais son système actuel génère plus d’erreurs qu’il n’en résout.

La correction d’erreur est une fonctionnalité standard pour les ordinateurs ordinaires ou classiques, qui stockent des données à l’aide de bits avec deux états possibles : 0 et 1. Transmission de données avec des « bits de parité » supplémentaires qui avertissent si un 0 est passé à 1, ou vice versa , signifie que de telles erreurs peuvent être trouvées et corrigées.

Dans l’informatique quantique le problème est beaucoup plus complexe car chaque bit quantique, ou qubit, existe dans un état mixte de 0 et 1, et toute tentative de les mesurer détruit directement les données. Une solution théorique de longue date à cela a été de regrouper de nombreux qubits physiques en un seul « qubit logique”. Bien que de tels qubits logiques aient été créés précédemment, ils n’avaient pas été utilisés pour la correction d’erreurs jusqu’à présent.

Julien Kelly chez Google AI Quantum et ses collègues ont démontré le concept sur l’ordinateur quantique Sycamore de Google, avec des qubits logiques allant de cinq à 21 qubits physiques, et ont découvert que les taux d’erreur de qubit logique diminuaient de façon exponentielle pour chaque qubit physique supplémentaire. L’équipe a pu effectuer des mesures minutieuses des qubits supplémentaires qui n’ont pas réduit leur état mais, lorsqu’elles sont prises collectivement, elles ont quand même donné suffisamment d’informations pour déduire si des erreurs s’étaient produites.

Kelly dit que cela signifie qu’il est possible de créer des ordinateurs quantiques pratiques et fiables à l’avenir. « Il s’agit essentiellement de notre première demi-étape sur le chemin pour le démontrer », dit-il. « Un moyen viable d’accéder à des ordinateurs à très grande échelle et tolérants aux erreurs. C’est en quelque sorte un aperçu des appareils que nous voulons fabriquer à l’avenir.

L’équipe a réussi à démontrer cette solution de manière conceptuellemais un vaste défi d’ingénierie demeure. L’ajout de plus de qubits à chaque qubit logique pose ses propres problèmes, car chaque qubit physique est lui-même susceptible d’erreurs. La probabilité qu’un qubit logique rencontre une erreur augmente à mesure que le nombre de qubits à l’intérieur augmente.

Il existe un seuil de rentabilité dans ce processus, connu sous le nom de seuil, où les fonctions de correction d’erreurs détectent plus de problèmes que l’augmentation des qubits n’apporte. Surtout, la correction d’erreurs de Google n’atteint pas encore le seuil. Pour ce faire, il faudra des qubits physiques moins bruyants qui rencontrent moins d’erreurs et un plus grand nombre d’entre eux consacrés à chaque qubit logique. L’équipe pense que les ordinateurs quantiques matures auront besoin de 1000 qubits pour produire chaque qubit logique – Sycamore n’a actuellement que 54 qubits physiques.

Pierre Chevalier à l’Imperial College de Londres, les recherches de Google sont un progrès vers quelque chose d’essentiel pour les futurs ordinateurs quantiques. « Si nous ne pouvions pas faire cela, nous n’aurons pas de machine à grande échelle », dit-il. « J’applaudis le fait qu’ils l’aient fait, simplement parce que sans cela, sans cette avancée, vous aurez toujours l’incertitude quant à savoir si la feuille de route vers la tolérance aux pannes était réalisable. Ils ont levé ces doutes.

Mais il dit que ce sera un vaste défi d’ingénierie pour atteindre réellement le seuil et construire une correction d’erreur efficace, ce qui signifierait construire un processeur avec beaucoup plus de qubits que ce qui a été démontré jusqu’à présent.

Référence de la revue : Nature, DOI : 10.1038/s41586-021-03588-y