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Toute opération quantique est une course contre le bruit. Des chercheurs de Chalmers University of Technology et de l’université de Tianjin affirment avoir trouvé un moyen de raccourcir considérablement certaines de ces courses.
Leur méthode permet d’achever certaines opérations sur des codes quantiques bosoniques en un seul cycle de contrôle, au lieu des milliers requis par les précédentes approches fondées sur Floquet. Chalmers a mis ces travaux en avant le 10 septembre, après leur publication dans Physical Review Letters.
Les chercheurs décrivent ce résultat comme une accélération de plus de 1 000 fois pour les opérations concernées. Si cela se confirme à grande échelle, cette avancée pourrait supprimer un goulet d’étranglement important du contrôle dans la correction d’erreurs quantiques bosoniques.
Le résultat est théorique et évalué par des pairs, les expériences matérielles restant à venir.
Ce qu’ont construit les équipes de Chalmers et de Tianjin
Les qubits sont extrêmement sensibles aux perturbations, ce qui fait de la correction d’erreurs l’un des principaux défis de la construction d’ordinateurs quantiques utiles, explique Lei Du, l’auteur principal de l’étude.
Les codes bosoniques adoptent une approche différente face à cette fragilité. Tangyou Huang, coauteur de l’étude, explique qu’au lieu de stocker l’information dans des qubits individuels, les codes bosoniques l’encodent dans des champs micro-ondes à l’intérieur de circuits supraconducteurs. Cela peut assurer une protection contre certains types d’erreurs, selon le code et sa mise en œuvre.
Cette protection avait autrefois un coût. Les précédentes approches fondées sur Floquet nécessitaient des milliers de périodes de contrôle répétées pour achever certaines opérations sur des codes bosoniques. Chaque cycle constituait une occasion supplémentaire pour le bruit de corrompre l’état avant la fin de l’opération.
Les chercheurs de Chalmers et de Tianjin ont plutôt utilisé ce qu’ils appellent des portes de réseau quantique, un ensemble universel de portes proposé récemment et conçu pour réaliser ces transformations de manière beaucoup plus directe.
Un avantage potentiellement important est que la méthode ne nécessite pas une toute nouvelle plateforme matérielle. « Un avantage clé de notre approche est qu’elle peut être mise en œuvre à l’aide de plateformes de circuits quantiques supraconducteurs existantes », a expliqué Huang.
Cela pourrait compter pour les concepteurs de matériel qui évaluent le coût et la complexité de l’adoption de nouvelles approches, d’autant que les investissements fédéraux continuent d’affluer vers le matériel quantique.
L’ article complet est publié dans Physical Review Letters, vol. 137, n° 6. La couverture de Quantum Computing Report rattache ces travaux au programme matériel du Wallenberg Centre for Quantum Technology de Chalmers.
Du et Huang s’attendent à des démonstrations expérimentales prochainement. Ils discutent déjà de la mise en œuvre avec des collègues de Chalmers. Les tests matériels détermineront si l’accélération théorique résiste au bruit expérimental et aux contraintes de mise en œuvre.
Pourquoi la surcharge de contrôle est le coût caché de l’informatique quantique
Le nombre de qubits fait la une, mais il ne représente que la moitié du problème. L’autre moitié, c’est la surcharge : la quantité de travail de contrôle nécessaire pour protéger un qubit une fois qu’il existe. Les fabricants de puces s’attaquent à cette même surcharge du côté du matériel classique.
Ils construisent des circuits de décodage et de correction plus rapides. Ce résultat s’attaque au problème du côté de la physique. Il réduit d’abord le nombre de cycles nécessaires à une opération.
Le résultat est prometteur, mais il ne constitue pas encore une amélioration déployée dans les systèmes quantiques. La couverture de The Quantum Insider le présente comme un élément d’un effort plus vaste de l’industrie en faveur de la tolérance aux pannes, tout en n’apportant aucune vérification indépendante du chiffre de 1 000 fois.
Le prochain défi des chercheurs consiste à démontrer que l’approche fonctionne sur du matériel quantique supraconducteur existant.
Ce qu’a constaté eWeek : décryptage du chiffre de 1 000 fois
Le chiffre le plus important de ces travaux n’est peut-être pas l’accélération de 1 000 fois en elle-même, mais ce qui l’a produite.
Les chercheurs ne prétendent pas rendre chaque composant d’un ordinateur quantique 1 000 fois plus rapide. Ils réduisent de plusieurs milliers à un le nombre de périodes de contrôle nécessaires à certaines opérations sur des codes bosoniques. Cette distinction est importante, car le bénéfice potentiel vient de la réduction du temps pendant lequel une opération reste exposée au bruit.
Cela place également ce résultat dans une catégorie différente des annonces sur le nombre de qubits qui dominent l’informatique quantique commerciale. Les fournisseurs peuvent augmenter le nombre de qubits physiques tout en continuant à faire face à des coûts considérables pour les contrôler, les corriger et les coordonner. Ces travaux s’attaquent directement à l’un des éléments de cette surcharge.
Le test décisif passe désormais des mathématiques au matériel. Si les portes à cycle unique conservent le comportement prévu sur des plateformes supraconductrices existantes, la méthode pourrait réduire une source de surcharge liée à la tolérance aux pannes sans obliger les développeurs quantiques à repenser le matériel sous-jacent.
Pour l’instant, les portes de réseau quantique restent une avancée théorique évaluée par les pairs, en attente d’une validation matérielle. Les prochaines expériences détermineront si la réduction de milliers de cycles de contrôle à un seul procure le même avantage une fois pris en compte le bruit expérimental, les composants imparfaits et le matériel supraconducteur réel.
Pour en savoir plus sur la comparaison du matériel quantique entre les différentes architectures, découvrez Ordinateurs quantiques à ions piégés, supraconducteurs ou photoniques.