L’atténuation des erreurs est peut-être le plus grand défi et le plus grand obstacle à la mise en œuvre de l’informatique quantique pratique à l’ère des ordinateurs quantiques bruyants à échelle intermédiaire (NISQ). La semaine dernière, Google a signalé l’utilisation prometteuse du soi-disant “code stabilisateur” sur son processeur quantique Sycamore de 54 qubits pour supprimer les erreurs. Les travaux récents, publiés dans Nature Communications, ont réduit le nombre d’erreurs nécessitant une correction de 100 fois par tour, ont rapporté des chercheurs de Google.

Il y a un bon Compte, écrit par Charles Q. Choi, publié aujourd’hui sur IEEE Spectrum. Cet extrait capture bien le problème : « En plus de créer des qubits physiquement moins sujets aux erreurs, les scientifiques espèrent compenser les taux d’erreur élevés à l’aide de codes stabilisateurs. Cette stratégie distribue les informations quantiques sur de nombreux qubits de telle sorte que les erreurs puissent être détectées et corrigées. Un groupe de ces « qubits de données » peut alors tous compter comme un seul « qubit logique » utile. »

Il n’est pas rare d’entendre des chercheurs spéculer que des milliers (ou plus) de qubits physiques seront nécessaires pour créer un seul qubit logique avec correction d’erreur ; sans surprise, trouver des moyens de supprimer efficacement les erreurs est un domaine de recherche intense.

Le résumé de Google papier (Suppression exponentielle des erreurs de bit ou de phase avec correction d’erreur cyclique) est un bon résumé du travail :

« Réaliser le potentiel de l’informatique quantique nécessite des taux d’erreur logique suffisamment bas. De nombreuses applications demandent des taux d’erreur aussi bas que 10-15, mais les plates-formes quantiques de pointe ont généralement des taux d’erreur physique proches de 10-3. La correction d’erreur quantique promet de combler ce fossé en distribuant des informations logiques quantiques sur de nombreux qubits physiques de manière à pouvoir détecter et corriger les erreurs. Les erreurs sur l’état des qubits logiques codés peuvent être supprimées de manière exponentielle à mesure que le nombre de qubits physiques augmente, à condition que les taux d’erreurs physiques soient inférieurs à un certain seuil et stables au cours d’un calcul.

“Ici, nous implémentons des codes de répétition unidimensionnels intégrés dans une grille bidimensionnelle de qubits supraconducteurs qui démontrent une suppression exponentielle des erreurs de retournement de bit ou de phase, réduisant l’erreur logique par tour de plus de 100 fois lors de l’augmentation du nombre de qubits de 5 à 21. Surtout, cette suppression d’erreur est stable sur 50 tours de correction d’erreur. Nous introduisons également une méthode d’analyse des corrélations d’erreur avec une grande précision, nous permettant de caractériser la localité de l’erreur tout en effectuant une correction d’erreur quantique. Enfin, nous effectuons une détection d’erreur avec un petit qubit logique en utilisant le code de surface 2D sur le même appareil et montrons que les résultats des codes unidimensionnels et bidimensionnels concordent avec les simulations numériques qui utilisent un modèle d’erreur dépolarisant simple. Ces démonstrations expérimentales fournissent une base pour la construction d’un ordinateur quantique évolutif tolérant aux pannes avec des qubits supraconducteurs.

Cité dans l’article IEEE Spectrum, chercheur Google et auteur principal de l’article, Julien Kelly, a déclaré: “Ce travail semble valider expérimentalement l’hypothèse selon laquelle les schémas de correction d’erreurs peuvent évoluer comme annoncé.” C’est une bonne nouvelle pour la communauté de l’informatique quantique.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé : « un processeur quantique Sycamore composé de 54 qubits transmonaux supraconducteurs et de 88 coupleurs accordables dans un réseau 2D. Les fréquences opérationnelles disponibles des qubits vont de 5 GHz à 7 GHz. Les coupleurs sont capables de régler les couplages qubit-qubit entre 0 MHz et 40 MHz, ce qui permet des portes d’enchevêtrement rapides tout en atténuant les interactions parasites indésirables. Les qubits et les coupleurs du processeur Sycamore sont fabriqués à l’aide d’une métallisation d’aluminium et de jonctions Josephson aluminium/oxyde d’aluminium. Les liaisons indium bump bonds sont utilisées pour connecter une puce contenant des circuits de commande à la puce contenant les qubits. Le dispositif hybride est ensuite lié par fil à une carte de circuit supraconducteur et refroidi en dessous de 20 mK dans un réfrigérateur à dilution.

Lien vers l’article IEEE : https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/googles-quantum-computer-exponentially-suppress-errors

Lien vers le document Nature : https://www.nature.com/articles/s41586-021-03588-y

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