Des erreurs dans les ordinateurs quantiques : une solution en vue ?

Dans le domaine de l’informatique quantique, une équipe de scientifiques a mis au point une méthode permettant de localiser les erreurs, facilitant ainsi leur correction jusqu’à dix fois plus facilement. Cette avancée pourrait accélérer significativement le développement de calculateurs quantiques à grande échelle capables de résoudre les problèmes computationnels les plus complexes.

Dirigée par Jeff Thompson de l’Université de Princeton, l’équipe a démontré une manière d’identifier les erreurs survenant dans les ordinateurs quantiques plus facilement qu’auparavant. Cette approche représente une nouvelle direction pour la recherche sur le matériel informatique quantique, qui cherche plus souvent à simplement réduire la probabilité qu’une erreur se produise en premier lieu.

Un article détaillant cette nouvelle approche a été publié dans la revue Nature. Les collaborateurs de Thompson comprennent Shruti Puri de l’Université de Yale et Guido Pupillo de l’Université de Strasbourg.

La gestion des erreurs dans les ordinateurs quantiques

Les physiciens inventent de nouveaux qubits – le composant de base des ordinateurs quantiques – depuis près de trois décennies, et améliorent constamment ces qubits pour qu’ils soient moins fragiles et moins sujets aux erreurs. Cependant, certaines erreurs sont inévitables, quelle que soit la qualité des qubits. Le principal obstacle au développement futur des ordinateurs quantiques est la capacité à corriger ces erreurs.

Mais pour corriger une erreur, il faut d’abord déterminer si une erreur s’est produite et où elle se trouve dans les données. Et généralement, le processus de vérification des erreurs introduit d’autres erreurs, qui doivent à leur tour être trouvées, et ainsi de suite.

Une nouvelle approche pour la détection des erreurs

La capacité des ordinateurs quantiques à gérer ces erreurs inévitables est restée plus ou moins stagnante pendant cette longue période, selon Thompson, professeur associé en génie électrique et informatique. Il a réalisé qu’il y avait une opportunité à privilégier certains types d’erreurs. «Toutes les erreurs ne sont pas créées égales», a-t-il déclaré.

Le laboratoire de Thompson travaille sur un type d’ordinateur quantique basé sur des atomes neutres. À l’intérieur de la chambre à vide ultra-haute qui définit l’ordinateur, les qubits sont stockés dans le spin d’atomes d’ytterbium individuels maintenus en place par des faisceaux laser focalisés appelés pinces optiques.

En synthèse

En somme, cette nouvelle approche de détection des erreurs dans les ordinateurs quantiques représente une avancée significative dans le domaine. En permettant de localiser les erreurs plus facilement, elle facilite leur correction et pourrait accélérer le développement de l’informatique quantique à grande échelle. Cette recherche, menée par une équipe internationale de chercheurs, ouvre de nouvelles perspectives pour l’avenir de l’informatique quantique.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

L’informatique quantique est un domaine de recherche qui cherche à développer des ordinateurs basés sur les principes de la mécanique quantique. Ces ordinateurs, appelés ordinateurs quantiques, ont le potentiel de résoudre des problèmes computationnels beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques.

2. Qu’est-ce qu’un qubit ?

Un qubit, ou bit quantique, est l’unité de base de l’information dans un ordinateur quantique. Il est analogue au bit dans un ordinateur classique, mais il peut être à la fois 0 et 1 en même temps, grâce à un phénomène appelé superposition quantique.

3. Quels sont les défis de l’informatique quantique ?

Un des principaux défis de l’informatique quantique est la gestion des erreurs. Les qubits sont très sensibles à leur environnement et peuvent facilement être perturbés, ce qui entraîne des erreurs. De plus, le processus de vérification des erreurs peut lui-même introduire de nouvelles erreurs.

4. Comment cette nouvelle méthode aide-t-elle à gérer les erreurs ?

Cette nouvelle méthode permet de localiser les erreurs dans les ordinateurs quantiques, ce qui facilite leur correction. Elle utilise un ensemble différent de niveaux d’énergie à l’intérieur de l’atome pour stocker le qubit, ce qui permet de surveiller les qubits pendant le calcul pour détecter l’occurrence d’erreurs en temps réel.

5. Quelles sont les implications de cette recherche ?

Cette recherche pourrait accélérer significativement le développement de l’informatique quantique à grande échelle. En facilitant la correction des erreurs, elle pourrait réduire les coûts computationnels de la mise en œuvre de la correction d’erreurs d’un ordre de grandeur ou plus.

Image : Des chercheurs dirigés par Jeff Thompson de l’université de Princeton ont mis au point une technique qui permet de corriger dix fois plus facilement les erreurs dans un ordinateur quantique. Photo de Frank Wojciechowski

Article publié dans la revue Nature le 11 octobre 2023. Collaborateurs : Jeff Thompson (Université de Princeton), Shruti Puri (Université de Yale), Guido Pupillo (Université de Strasbourg). Article : « High-fidelity gates with mid-circuit erasure conversion in a metastable neutral atom qubit » – DOI: 10.1038/s41586-023-06438-1