Obtenir des résultats fiables à partir d’ordinateurs quantiques bruités peut nécessiter des milliers d’exécutions répétées d’un circuit.
Dans une étude publiée le 16 septembre, les chercheurs d’IBM ont indiqué avoir réduit ce surcoût d’échantillonnage d’un facteur pouvant atteindre 63 en combinant la détection des erreurs avec l’annulation probabiliste des erreurs, ou PEC, sur le processeur supraconducteur ibm_aachen de l’entreprise.
Ce résultat pourrait rendre certains calculs moins gourmands en ressources sur le matériel quantique existant. IBM présente également l’expérience comme la preuve que des techniques associées à l’atténuation et à la correction des erreurs peuvent fonctionner ensemble avant l’arrivée d’ordinateurs quantiques pleinement tolérants aux pannes.
Ce que l’étude a révélé
Les chercheurs d’IBM Laurin Fischer, Ali Javadi-Abhari, Simon Martiel et Alireza Seif ont combiné deux techniques existantes. La détection des erreurs signale et écarte les résultats présentant des défauts identifiables, tandis que l’annulation probabiliste des erreurs, ou PEC, corrige les erreurs restantes. Ils ont baptisé cette méthode combinée « spacetime PEC », car elle modélise les défauts à la fois selon leur emplacement et leur moment d’apparition au sein d’un circuit.
L’équipe a testé la méthode sur le processeur supraconducteur ibm_aachen d’IBM, en utilisant 22 qubits de données et 27 qubits de vérification dans des circuits comportant jusqu’à 648 portes controlled-Z. Lors de ce test, quatre vérifications de détection des erreurs ont identifié environ 65 % des défauts élémentaires modélisés, selon le blog de recherche d’IBM, ce qui a réduit le bruit restant que la PEC devait atténuer. À six étapes de Trotter, les chercheurs ont estimé que la méthode combinée nécessiterait 1 359 échantillons pour atteindre la précision cible, contre 85 545 pour la PEC seule — soit une réduction d’environ 63 fois pour cette configuration expérimentale.
Indicateur | Résultat |
|---|---|
Réduction du surcoût d’échantillonnage, 6 étapes de Trotter | 63× |
Réduction du surcoût d’échantillonnage, 4 étapes de Trotter | 15,9× |
Réduction du surcoût d’échantillonnage, 2 étapes de Trotter | 3,7× |
Défauts élémentaires modélisés détectés | ~65% |
Qubits utilisés (données / vérification) | 22 / 27 |
Profondeur du circuit (nombre maximal de portes controlled-Z) | 648 |
Dans le prolongement des efforts plus larges d’IBM en matière de tolérance aux pannes
Ce résultat s’inscrit dans le prolongement des autres travaux d’IBM sur la correction des erreurs menés cette année. Dans une étape d’ingénierie cryogénique vers Quantum Starling, l’entreprise a connecté deux modules ultrafroids nécessaires à un futur système tolérant aux pannes, même s’il lui reste encore à démontrer la correction des erreurs elle-même à grande échelle. The Quantum Computing Report note que cette nouvelle étude s’ajoute à des travaux distincts sur des codes hiérarchiques. Selon IBM, elle pourrait à terme prendre en charge des milliers de milliards d’opérations logiques avec un faible taux d’erreur physique.
Une démarche plus large vers des systèmes quantiques utilisables
Les travaux d’IBM s’inscrivent dans un effort plus vaste du secteur pour rendre les systèmes quantiques plus utilisables, depuis les investissements américains dans des architectures concurrentes d’informatique quantique jusqu’à des projets logiciels tels que le nouveau package de Fujitsu OpenQARP, publié en open source.
Les auteurs de l’article, Laurin Fischer, Ali Javadi-Abhari, Simon Martiel et Alireza Seif, ont écrit dans un billet de blog d’IBM, cité par The Quantum Insider, que « l’atténuation des erreurs quantiques et la correction des erreurs quantiques sont souvent présentées comme des outils pour des époques différentes de l’informatique quantique : l’atténuation pour les appareils à court terme et la correction pour une tolérance aux pannes évolutive. » Le nouveau résultat n’efface pas cette distinction, mais il montre que les deux techniques peuvent être combinées efficacement avant l’arrivée de la tolérance aux pannes.
Ce qu’eWeek a constaté : la réserve derrière l’affirmation d’un facteur 63
Le facteur 63 correspond au surcoût d’échantillonnage déduit à six étapes de Trotter. Il provient d’un prépublication qui n’a pas encore été évaluée par les pairs. Le résultat n’a pas encore été reproduit indépendamment sur un autre système quantique.
Cette distinction est importante. La couverture de résultats comme celui-ci réduit souvent différents indicateurs à un seul facteur accrocheur, de la même manière que le nombre de qubits est comparé à des valeurs de fidélité ou de cohérence qui mesurent en réalité tout autre chose. Dans ce cas, le résultat comptabilise les nouvelles exécutions.
L’évaluation par les pairs et la reproduction sur d’autres matériels montreront si cette réduction se vérifie sur différents processeurs, profils de bruit et conceptions de circuits. En attendant, le facteur 63 doit être considéré comme un résultat prometteur obtenu dans une configuration expérimentale donnée — et non comme une réduction générale du coût de la correction d’erreurs quantiques.
En savoir plus : Une méthode de portes proposée par l’université de Chalmers pourrait accélérer certaines opérations de correction d’erreurs quantiques jusqu’à 1 000 fois.