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Les ordinateurs quantiques sont actuellement cantonnés à des tâches très spécifiques, en grande partie à cause du taux élevé d’erreurs que leurs calculs génèrent. Des chercheurs ont récemment mis au point une stratégie de correction ouvrant la voie à des machines beaucoup plus polyvalentes.

Une étape décisive

Les machines classiques stockent les données sous la forme de 0 et de 1, mais des erreurs peuvent modifier la valeur des bits, raison pour laquelle la correction des erreurs constitue une caractéristique standard des processeurs modernes. Dans l’informatique quantique, le problème est plus complexe car chaque bit quantique, ou qubit, existe dans un état mixte de 0 et de 1, et toute tentative de les mesurer directement entraine la destruction des données.

Plusieurs équipes de recherche travaillent sur le problème de la correction des erreurs quantiques, mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir. Google a annoncé en juillet que son processeur Sycamore était capable de détecter et de corriger les erreurs de calcul, mais le matériel supplémentaire requis a introduit plus d’erreurs qu’il ne pouvait en corriger.

Dans le cadre de travaux récemment présentés dans la revue Nature, Christopher Monroe et ses collègues du Joint Quantum Institute (JQI) du Maryland ont maintenant franchi ce seuil décisif. L’équipe est parvenue à définir l’état d’un qubit logique (dans ce cas, un groupe de 13 qubits regroupés pour contenir de manière plus fiable un seul élément de données) puis à le mesurer à nouveau dans 99,4 % des cas, bien qu’elle se soit appuyée sur six opérations individuelles dont la fiabilité n’est que de 98,9 % seulement.

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Sans correction des erreurs, les chercheurs estiment que cette dernière aurait dû tomber à 93,6 % à l’issue des six opérations.

Vers des machines quantiques beaucoup plus polyvalentes

Contrairement aux équipes de Google et de l’université de science et de technologie de Chine (USTC), ayant fait de grands progrès ces derniers mois avec des qubits supraconducteurs, le JQI utilise des qubits à ions piégés. Sa machine utilise jusqu’à 32 atomes chargés individuels, manipulés à l’aide de lasers. La stabilité intrinsèquement plus élevée des ions piégés a permis à l’équipe d’utiliser une stratégie de correction d’erreurs plus efficace, appelée code Bacon-Shor, ne pouvant actuellement être exploité par les qubits supraconducteurs, dont la qualité se révèle insuffisante.

Si la correction des erreurs promet des système quantiques possédant davantage de qubits, elle ouvre surtout la voie à des machines pratiques, capables de s’acquitter d’un éventail beaucoup plus large de tâches.

« Quiconque crée des dizaines de qubits avec un taux d’erreur élevé ‘tourne en rond’ », estime Monroe. « La technologie des ions piégés est sur une pente ascendante et il ne lui reste que des obstacles techniques à franchir, contrairement aux qubits supraconducteurs, dont l’évolution impliquera des percées scientifiques majeures. »

Jusqu’à présent, les différentes revendications de suprématie quantique reposaient toutes sur des qubits supraconducteurs, dont le nombre a régulièrement augmenté au cours de l’année dernière. Monroe concède toutefois que son équipe n’a pu démontrer la correction d’erreurs que sur un seul qubit logique et que le prochain défi consistera à le faire sur deux qubits ou plus.

Des ions piégés physiquement identiques

Selon Peter Knight, de l’Imperial College de Londres, l’approche à ions piégés présente certains avantages par rapport au plan supraconducteur suivi par Google et l’USTC.

« Les ions d’un ordinateur à ions piégés sont physiquement identiques, alors que les qubits supraconducteurs peuvent varier », détaille-t-il. « Avec les qubits supraconducteurs, il y a beaucoup de bruit de surface. Avec chaque qubit, vous devez faire beaucoup d’ajustements pour le rendre aussi identique que possible à un autre, alors que la nature vous donne des ions piégés identiques. »

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