Des scientifiques de l'Université de Sydney ont pour la première fois démontré une amélioration des ordinateurs quantiques en utilisant des codes conçus pour détecter et éliminer les erreurs dans les portes logiques de ces machines.

"C'est vraiment la première fois que l'avantage promis pour les portes logiques quantiques de la théorie a été réalisé dans une machine quantique réelle, " a déclaré le Dr Robin Harper, auteur principal d'un nouvel article publié cette semaine dans la prestigieuse revue, Lettres d'examen physique .

Les portes logiques quantiques sont formées par des réseaux enchevêtrés d'un petit nombre de bits quantiques, ou qubits. Ce sont les commutateurs qui permettent aux ordinateurs quantiques d'exécuter des algorithmes, ou des recettes, pour traiter des informations et effectuer des calculs.

Le Dr Harper et son collègue le professeur Steven Flammia, de l'École de physique et du Nano Institute de l'Université de Sydney, utilisé l'ordinateur quantique d'IBM pour tester les codes de détection d'erreurs. Ils ont démontré une amélioration d'un ordre de grandeur dans la réduction de l'infidélité, ou taux d'erreur, dans les portes logiques quantiques, les commutateurs qui formeront la base des ordinateurs quantiques pleinement fonctionnels.

Dr Jay Gambetta, Boursier IBM et chercheur principal en théorie chez IBM Q, a déclaré :« Cet article est un excellent exemple de la façon dont les scientifiques peuvent utiliser nos systèmes cloud accessibles au public pour sonder des problèmes fondamentaux. Ici, Harper et Flammia montrent que les idées de tolérance aux pannes peuvent être explorées sur de vrais appareils que nous construisons et déployons déjà, aujourd'hui."

Les technologies quantiques n'en sont encore qu'à leurs balbutiements mais promettent de révolutionner l'informatique au 21e siècle en effectuant des calculs qui dépassent les capacités des supercalculateurs les plus grands et les plus rapides.

Ils le feront en utilisant les propriétés inhabituelles de la matière à l'échelle quantique qui leur permettent de traiter l'information à l'aide de qubits. Ce sont des éléments de calcul qui exploitent le fait que les objets quantiques peuvent exister dans un état indéterminé, connu sous le nom de superposition, et peut devenir « enchevêtré », un phénomène décrivant un comportement que l'on ne voit pas dans les ordinateurs conventionnels.

Cependant, le « bruit » électronique perturbe facilement ces états, produisant rapidement des erreurs dans les calculs quantiques, ce qui rend le développement de machines utiles très difficile.

"Les appareils actuels ont tendance à être trop petits, avec une interconnectivité limitée entre les qubits et sont trop « bruyants » pour permettre des calculs significatifs, " a déclaré le Dr Harper. " Cependant, ils suffisent à servir de bancs d'essai pour la preuve de concepts de principe, comme la détection et la correction potentielle d'erreurs à l'aide de codes quantiques."

Alors que les commutateurs classiques de votre ordinateur portable ou de votre téléphone portable peuvent fonctionner pendant de nombreuses années sans erreur, à ce stade, les commutateurs quantiques commencent à tomber en panne après quelques fractions de seconde seulement.

"Une façon de voir cela est à travers le concept d'entropie, " a déclaré le professeur Flammia. "Tous les systèmes ont tendance au désordre. Dans les ordinateurs conventionnels, les systèmes sont facilement actualisés et réinitialisés à l'aide de la DRAM et d'autres méthodes, vidant efficacement l'entropie du système, permettant le calcul ordonné, " il a dit.

« Dans les systèmes quantiques, Les méthodes de réinitialisation efficaces pour combattre l'entropie sont beaucoup plus difficiles à concevoir. Les codes que nous utilisons sont un moyen de vider cette entropie du système, " dit le professeur Flammia, qui a reçu aujourd'hui la prestigieuse médaille Pawsey de l'Académie australienne des sciences.

Utiliser des codes pour détecter et éliminer les erreurs sur l'appareil quantique d'IBM, Le Dr Harper et le professeur Flammia ont montré des taux d'erreur passant de 5,8 % à 0,60 %. Alors plutôt qu'une porte quantique sur 20 échoue, un seul sur 200 échouerait, un ordre de grandeur d'amélioration.

« C'est un pas en avant important pour développer la tolérance aux pannes dans les systèmes quantiques afin de leur permettre de passer à des dispositifs significatifs, " a déclaré le Dr Harper.

Les physiciens, qui sont tous deux chercheurs du Centre d'excellence ARC pour les systèmes quantiques d'ingénierie, a souligné qu'il s'agissait d'une démonstration de portes tolérantes aux pannes sur des paires de qubits.

"Il reste encore un long chemin à parcourir avant que la communauté quantique puisse démontrer l'informatique tolérante aux pannes, " a déclaré le Dr Harper. Il a déclaré que d'autres groupes ont montré des améliorations dans d'autres facettes des dispositifs quantiques utilisant des codes. La prochaine étape consiste à synthétiser et tester ces approches sur des dispositifs à plus grande échelle de quelques dizaines de qubits qui permettent la réutilisation et la réinitialisation de qubits.

Des entreprises comme IBM, Google, Rigetti et IonQ ont commencé ou sont sur le point de commencer à permettre aux chercheurs quantiques de tester leurs approches théoriques sur ces petits, machines bruyantes.

"Ces expériences sont la première confirmation que la capacité théorique de détecter des erreurs dans le fonctionnement des portes logiques à l'aide de codes quantiques est avantageuse dans les dispositifs actuels, une étape importante vers l'objectif de construire des ordinateurs quantiques à grande échelle, " a déclaré le Dr Harper.