Les scientifiques d’IBM lèvent un obstacle majeur à la mise au point d’ordinateurs quantiques pratiques

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de passer rapidement au crible d’énormes stocks de données pour résoudre certains problèmes complexes bien plus rapidement que leurs homologues classiques. Mais avant qu’ils ne puissent être d’une quelconque utilité pratique, les chercheurs doivent être en mesure de détecter et de corriger les erreurs qui peuvent se produire lors du transfert des données.

Une équipe de chercheurs d’IBM a construit un système quantique capable de détecter et de mesurer les deux principales erreurs que ces machines sont susceptibles de rencontrer, surmontant ainsi un obstacle important sur la voie du développement d’ordinateurs quantiques évolutifs.

“Avec notre récent réseau à quatre qubits, nous avons construit un système qui nous permet de détecter les deux types d’erreurs quantiques”, a déclaré le physicien Jerry Chow, qui dirige le centre expérimental d’informatique quantique d’IBM aux États-Unis, à Jeremy Hsu, de l’IEEE Spectrum.

“C’est la première démonstration d’un système qui a la capacité de détecter à la fois les erreurs de retournement de bit et les erreurs de phase”.

Les ordinateurs classiques comprennent les informations sous forme de bits, qui portent une valeur de 1 ou 0. Mais dans les ordinateurs quantiques, les principaux composants de données sont des atomes uniques appelés qubits.

Ils représentent le 0 et le 1 du code binaire, mais grâce à un phénomène étrange connu sous le nom de superposition quantique, ils peuvent exister dans les deux états simultanément. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer certains calculs à une vitesse exponentielle par rapport aux ordinateurs classiques, mais cela entraîne également un éventail plus large de difficultés techniques.

Les ordinateurs classiques ne sont sujets qu’à des erreurs de type “bit-flip”, lorsque les bits changent de valeur en raison du bruit ou des interférences. Ces erreurs peuvent être corrigées relativement facilement en copiant le même bit à plusieurs reprises, puis en prenant la valeur correcte dans la majorité, écrit Hsu.

Les ordinateurs quantiques peuvent subir ces erreurs, mais sont également vulnérables à un autre problème connu sous le nom d'”erreur de phase”, qui renverse le signe de la relation de phase entre 0 et 1 dans un état de superposition. Détecter et corriger ces erreurs dans les systèmes quantiques est extrêmement difficile car l’information, qui vit essentiellement sur le spin d’une particule atomique, est fragile et de courte durée, et peut être perturbée lorsqu’elle interagit avec tout type de matière ou de rayonnement.

Jusqu’à présent, il n’était possible de traiter qu’un type d’erreur quantique ou l’autre à un moment donné, mais jamais les deux. Or, pour que les ordinateurs quantiques fonctionnent, cela est impératif.

Les chercheurs d’IBM ont pu détecter et mesurer les deux erreurs en s’appuyant sur le phénomène dit d’intrication, par lequel des qubits peuvent presque instantanément partager des informations avec d’autres qubits.

Le dispositif d’IBM, qui est décrit dans la dernière édition de Nature Communications, impliquait une architecture carrée de quatre qubits. Deux d’entre eux représentaient des qubits de données, tandis que les deux autres avaient une fonction de mesure. Chacun des qubits de mesure était capable d’identifier les erreurs de bits et de phase survenant entre les qubits de données, respectivement.

La prochaine étape consistera à développer un système à plus grande échelle, avec davantage de qubits, qui pourra non seulement identifier les erreurs, mais aussi les résoudre.

Au début de l’année, une autre équipe de recherche financée par Google a fait état dans Nature du développement d’un réseau linéaire de qubits capable d’identifier et de corriger les erreurs. Mais, comme le souligne Hsu pour IEEE Spectrum, ce système ne pouvait pas détecter et corriger les deux erreurs en même temps.

L’équipe d’IBM, qui a utilisé des techniques standard de fabrication du silicium, pense qu’il sera plus facile de faire évoluer son dispositif. Dans le communiqué de presse de l’entreprise, IBM déclare qu’ elle “prévoit qu’une fois qu’une poignée de qubits supraconducteurs pourront être fabriqués de manière fiable et répétée, et contrôlés avec de faibles taux d’erreur, il n’y aura pas d’obstacle fondamental à la démonstration de la correction des erreurs dans des réseaux de qubits plus importants”.

Bien qu’ils soient encore loin d’être une réalité et qu’ils ne rendront pas votre ordinateur portable plus rapide, les ordinateurs quantiques, une fois réalisés, auront un impact profond sur un certain nombre de domaines de recherche. Pour l’instant, on pense qu’ils seront utiles dans la conception de nouveaux super matériaux et de médicaments, mais à l’avenir, il est possible que toutes sortes de nouvelles applications auxquelles nous n’avons pas encore réfléchi s’ouvrent.