Harvard
Il existe un large consensus sur le fait que l’informatique quantique la plus utile devra attendre le développement de qubits corrigés des erreurs. La correction d’erreurs consiste à distribuer un peu d’informations quantiques, appelées qubits logiques, parmi une petite collection de qubits matériels. Les désaccords portent principalement sur la meilleure manière de le mettre en œuvre et sur le temps que cela prendra.
Une étape clé vers cet avenir est décrite dans un article publié aujourd’hui dans Nature. Une grande équipe de chercheurs, principalement basée à l’Université Harvard, a démontré la capacité d’effectuer plusieurs opérations sur jusqu’à 48 qubits logiques. Les travaux montrent que le système, qui partage un héritage avec le système informatique quantique réalisé par la société QuEra, est capable d’identifier correctement l’apparition d’erreurs, ce qui peut améliorer considérablement les résultats des calculs.
Yuval Boger, directeur marketing de QuEra, a déclaré à Ars : « Nous pensons qu’il s’agit d’une étape très importante sur la voie vers l’endroit où nous voulons tous être, c’est-à-dire des ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes.
Détecter et corriger les erreurs
Les algorithmes quantiques complexes peuvent nécessiter des heures de maintenance et de manipulation d’informations quantiques, et les qubits matériels existants n’atteindront probablement jamais le point où ils seront capables de gérer cela sans provoquer d’erreurs. La solution généralement acceptée consiste à utiliser des qubits logiques de correction d’erreurs. Celles-ci impliquent la distribution de qubits individuels parmi une collection de qubits matériels afin qu’une erreur dans l’un de ces qubits ne détruise pas complètement les informations.
Des qubits supplémentaires peuvent ajouter une correction d’erreur à ces qubits logiques. Ceux-ci sont liés aux qubits matériels qui contiennent les qubits logiques, permettant de surveiller leur état de manière à identifier les erreurs survenues. La manipulation de ces qubits supplémentaires peut les restaurer à l’état perdu lorsque l’erreur s’est produite.
En théorie, cette correction d’erreur peut permettre au matériel de conserver des états quantiques bien plus longtemps que ce que les qubits matériels individuels sont capables de faire.
Le compromis est une complexité et un nombre de qubits considérablement accrus. Ce dernier point devrait être évident : si chaque qubit logique nécessite une douzaine de qubits, alors vous avez besoin de beaucoup plus de qubits matériels pour exécuter n’importe quel algorithme. Une correction complète des erreurs nécessiterait également des mesures répétées pour identifier le moment où des erreurs se sont produites, identifier le type d’erreur et effectuer les corrections nécessaires. Et tout cela devrait se produire pendant que les qubits logiques sont également utilisés pour exécuter ces algorithmes.
Il y a aussi les aspects pratiques nécessaires pour que tout cela fonctionne. Il est vraiment facile (par une définition très souple de « facile ») de comprendre comment effectuer des opérations sur des paires de qubits matériels. Il est beaucoup plus difficile de comprendre comment les réaliser lorsqu’un qubit matériel individuel ne contient, tout au plus, qu’une fraction d’un qubit logique. Ce qui ajoute à la complexité est qu’il existe une variété de systèmes potentiels de correction d’erreurs, et nous sommes encore en train de déterminer leurs compromis en termes de robustesse, de commodité et d’utilisation des qubits.
Cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas eu de progrès. Des qubits corrigés des erreurs ont été démontrés et ils conservent mieux les informations quantiques que les qubits matériels qui les hébergent. Et, dans quelques cas, des opérations quantiques individuelles (appelées portes) ont été démontrées à l’aide de paires de qubits logiques. Et deux sociétés (Atom Computing et IBM) ont augmenté le nombre de qubits pour fournir suffisamment de matériel pour héberger de nombreux qubits logiques.
Entrez QuEra
Comme Atom Computing, le matériel sur lequel s’est appuyée l’équipe de Harvard utilise des atomes neutres (QuEra, qui est une startup issue du travail de ce laboratoire, utilise des technologies qui se chevauchent). Les qubits d’atomes neutres présentent plusieurs caractéristiques intéressantes. Les informations quantiques sont stockées dans le spin nucléaire des atomes individuels, qui est relativement stable en termes de conservation des informations quantiques. Et comme chaque atome d’un isotope donné est équivalent, il n’y a pas de variation d’un appareil à l’autre comme c’est le cas pour les qubits basés sur du matériel supraconducteur. Les atomes individuels peuvent être adressés avec des lasers au lieu de nécessiter un câblage, et les atomes peuvent être déplacés, permettant potentiellement à n’importe quel qubit d’être lié à un autre.
Le matériel utilisé pour ce travail prend en charge jusqu’à 280 qubits atomiques. Ses opérations déplaçaient ces atomes entre plusieurs régions fonctionnelles. L’un d’entre eux est simplement le stockage, où vivent les qubits lorsqu’ils ne sont pas manipulés ou mesurés. Celui-ci contient à la fois tous les qubits logiques utilisés et un pool de qubits inutilisés qui peuvent être mobilisés au cours de l’exécution d’un algorithme. Il existe également une « zone d’intrication » où ces manipulations ont lieu et une zone de lecture où l’état de qubits individuels peut être mesuré sans perturber les qubits ailleurs dans le matériel.