Google Quantum AI a annoncé dans Science avoir démontré sur son processeur Willow une technique de culture d’états magiques, destinée à lever un goulot d’étranglement de l’informatique quantique.
Publiée le 15 octobre dans Science, l’étude porte sur le processeur Willow de 105 qubits. Sur ce processeur, la culture d’états magiques a réduit les erreurs d’un facteur 40 environ par rapport à des états non cultivés. L’équipe de Google Quantum AI affirme avoir produit des états T avec une fidélité logique de 99,99 %, un niveau qu’elle présente comme un record.
Les états magiques sont indispensables aux opérations qui permettent à un ordinateur quantique de faire ce que les machines classiques ne peuvent pas faire. Leur production est coûteuse. En effet, selon certaines estimations, elle pourrait mobiliser jusqu’à 95 % de la capacité d’un ordinateur quantique, et chaque état ne peut être utilisé qu’une seule fois. La culture d’états magiques, proposée en théorie par les chercheurs de Google en 2024, a été testée sur du matériel réel.
Une méthode qui travaille sur un seul état
La méthode classique, appelée distillation, combine de nombreux états imparfaits pour en obtenir moins, mais plus précis. La culture d’états magiques travaille, elle, sur un seul état. L’équipe a encodé un état magique approximatif dans quelques qubits, puis a vérifié s’il s’agissait bien du bon état. Les états qui passaient ce test étaient ensuite répartis sur davantage de qubits pour être mieux protégés.
L’expérience a mobilisé 54 des 105 qubits physiques de Willow. Sans cette culture, environ quatre tentatives sur 1 000 produisaient un état défectueux, selon Scientific American. Les chercheurs ont également transféré des états d’un code couleur de distance 3 vers un code de surface de distance 5. Selon Google, cela montre que des états purifiés peuvent survivre à ce transfert sur son matériel.
Pendant les essais, la chercheuse principale Emma Rosenfeld a constaté que le bruit du laboratoire, dû à la dérive des équipements et aux variations de température, faussait un test de référence standard. Pour contourner le problème, l’équipe a mis au point une méthode qui utilise la culture d’états magiques pour se mesurer elle-même.
Éloges et réserves
Dans son annonce, l’entité quantique d’Alphabet qualifie ces travaux de « première démonstration d’une solution pratique » à l’un des pires goulots d’étranglement du domaine en matière de ressources. Isaac Kim, de l’université de Californie à Davis, a déclaré à New Scientist que cette approche « peut rendre l’informatique quantique tolérante aux pannes nettement moins coûteuse ». Dominik Hangleiter, de l’ETH Zurich, y voit un possible « tournant décisif » pour les machines dotées de centaines de qubits logiques.
La méthode ne conserve que les états qui passent ses contrôles de qualité. Seuls 8 % des essais ont produit des états magiques exploitables. Selon New Scientist, Zhenyu Cai, de l’Imperial College London, estime que les taux d’erreur de Willow doivent encore baisser avant que la puce puisse s’attaquer à des problèmes utiles. L’équipe en est actuellement à environ une erreur pour 10 000 tentatives. D’après Scientific American, il faudrait environ un échec pour 10 milliards pour casser le chiffrement RSA-2048, et entre un pour un million et un pour 100 millions pour simuler des molécules.
Google reconnaît que la culture d’états magiques doit encore être démontrée à plus grande échelle. « C’est la première démonstration que ces concepts fonctionnent », a déclaré Emma Rosenfeld. « Nous n’avons pas fini. »
