Google utilise la « magie » pour réduire les erreurs de calcul quantique

Des chercheurs de Google ont démontré une nouvelle façon de réduire les erreurs en informatique quantique, rapprochant ainsi l’entreprise de la construction de machines capables de résoudre des problèmes concrets. Testée sur le processeur quantique Willow de l’entreprise, la technique, appelée « culture d’états magiques », a réduit les erreurs de préparation d’un facteur d’environ 40 et produit des états quantiques présentant une fidélité logique de 99,99 %.

Le terme « états magiques » est un concept établi en informatique quantique, et non une référence à quoi que ce soit de surnaturel. Ces états permettent aux ordinateurs quantiques d’effectuer certaines opérations nécessaires au calcul quantique universel, notamment celles mises en œuvre à l’aide de portes T. Comme les états magiques sont consommés pendant les calculs et ne peuvent pas être réutilisés, leur production fiable à grande échelle constitue un défi d’ingénierie majeur.

Les méthodes existantes de production d’états magiques utilisent un procédé appelé distillation d’états magiques, qui combine plusieurs états imparfaits pour en produire un nombre plus restreint de plus fiables. Selon Google, ce procédé peut mobiliser une part importante des ressources d’un ordinateur quantique, laissant moins de capacité pour les calculs proprement dits.

La méthode de culture de Google adopte une approche différente. Au lieu de traiter de grands lots d’états imparfaits, le système prépare des états individuels et les vérifie à plusieurs reprises à l’aide de mesures conçues pour détecter les erreurs sans détruire les états examinés. Les tentatives qui échouent aux vérifications sont écartées, ne laissant que les résultats les plus fiables.

Sur le processeur Willow de Google, la technique a réduit les erreurs de préparation d’un facteur d’environ 40 par rapport aux états préparés sans culture. Les états obtenus ont atteint une fidélité logique de 99,99 %, ce qui indique un très faible taux d’erreur. Toutefois, cette précision avait un coût : lors des séries d’essais les plus exigeantes, environ 92 % des tentatives ont été écartées, n’en laissant que 8 % utilisables.

Mesurer des erreurs aussi faibles constituait également un défi. L’équipe a mis au point une technique appelée tomographie par rétroaction après avoir découvert que les fluctuations de température et le bruit des équipements électriques faussaient ses mesures initiales. Les chercheurs ont ensuite démontré que les états cultivés pouvaient être transférés dans un code de correction d’erreurs quantiques de plus grande taille, bien que ce transfert ait introduit des erreurs supplémentaires.

L’expérience n’aboutit pas à un ordinateur quantique complet tolérant aux fautes. Elle s’attaque plutôt à un obstacle technique précis : produire les états de haute qualité nécessaires à des calculs utiles sans consacrer des ressources matérielles excessives à leur préparation.