Un scientifique de l'Université de Sydney a réalisé ce qu'un initié de l'industrie quantique a décrit comme « quelque chose que de nombreux chercheurs pensaient impossible ».

Le Dr Benjamin Brown de l'École de physique a développé un type de code de correction d'erreurs pour les ordinateurs quantiques qui libérera plus de matériel pour effectuer des calculs utiles. Il fournit également une approche qui permettra à des entreprises comme Google et IBM de concevoir de meilleures puces quantiques.

Il l'a fait en appliquant un code déjà connu qui fonctionne en trois dimensions à un cadre en deux dimensions.

"L'astuce consiste à utiliser le temps comme troisième dimension. J'utilise deux dimensions physiques et j'ajoute le temps comme troisième dimension, " a déclaré le Dr Brown. " Cela ouvre des possibilités que nous n'avions pas auparavant. "

Ses recherches sont publiées aujourd'hui dans Avancées scientifiques .

"C'est un peu comme tricoter, " dit-il. " Chaque rangée est comme une ligne unidimensionnelle. Vous tricotez rangée après rangée de laine et, heures supplémentaires, cela produit un panneau de matériau en deux dimensions."

Ordinateurs quantiques tolérants aux pannes

La réduction des erreurs dans l'informatique quantique est l'un des plus grands défis auxquels sont confrontés les scientifiques avant de pouvoir construire des machines suffisamment grandes pour résoudre des problèmes utiles.

"Parce que l'information quantique est si fragile, il produit beaucoup d'erreurs, " a déclaré le Dr Brown, chercheur au Nano Institute de l'Université de Sydney.

Éradiquer complètement ces erreurs est impossible, le but est donc de développer une architecture « tolérante aux pannes » où les opérations de traitement utiles l'emportent de loin sur les opérations de correction d'erreurs.

« Votre téléphone mobile ou ordinateur portable effectuera des milliards d'opérations sur de nombreuses années avant qu'une seule erreur ne déclenche un écran vide ou un autre dysfonctionnement. Les opérations quantiques actuelles ont la chance d'avoir moins d'une erreur pour 20 opérations, ce qui signifie des millions d'erreurs par an. heure, ", a déclaré le Dr Brown, qui occupe également un poste au Centre d'excellence de l'ARC pour les systèmes quantiques d'ingénierie.

"C'est beaucoup de points de suture perdus."

La plupart des éléments constitutifs des ordinateurs quantiques expérimentaux d'aujourd'hui (bits quantiques ou qubits) sont occupés par la « surcharge » de la correction d'erreurs.

« Mon approche pour supprimer les erreurs consiste à utiliser un code qui fonctionne sur toute la surface de l'architecture en deux dimensions. Cela a pour effet de libérer une grande partie du matériel de la correction d'erreurs et de lui permettre de se consacrer aux tâches utiles, " a déclaré le Dr Brown.

Dr. Naomi Nickerson est directrice de l'architecture quantique chez PsiQuantum à Palo Alto, Californie, et sans lien avec la recherche. Elle a déclaré :« Ce résultat établit une nouvelle option pour effectuer des portes tolérantes aux pannes, qui a le potentiel de réduire considérablement les frais généraux et de rapprocher l'informatique quantique pratique."

Chemin vers le calcul universel

Des start-up comme PsiQuantum, ainsi que les grandes entreprises technologiques Google, IBM et Microsoft, mènent la charge pour développer la technologie quantique à grande échelle. Il est urgent de trouver des codes de correction d'erreurs qui permettront à leurs machines d'évoluer.

Dr Michael Beverland, un chercheur senior chez Microsoft Quantum et également sans lien avec la recherche, a déclaré :« Cet article explore un domaine passionnant, approche exotique pour effectuer un calcul quantique tolérant aux pannes, montrer la voie vers la réalisation potentielle du calcul quantique universel dans deux dimensions spatiales sans avoir besoin de distillation, quelque chose que de nombreux chercheurs pensaient impossible."

Les codes bidimensionnels qui existent actuellement nécessitent ce que le Dr Beverland appelle la distillation, plus précisément connue sous le nom de « distillation à l'état magique ». C'est là que le processeur quantique trie les multiples calculs et extrait les plus utiles.

Cela consomme beaucoup de matériel informatique en supprimant simplement les erreurs.

"J'ai appliqué la puissance du code tridimensionnel et je l'ai adapté au cadre bidimensionnel, " a déclaré le Dr Brown.

Le Dr Brown a été occupé cette année. En mars, il a publié un article dans la meilleure revue de physique Lettres d'examen physique avec des collègues d'EQUS et de l'Université de Sydney. Dans cette recherche, lui et ses collègues ont développé un décodeur qui identifie et corrige plus d'erreurs que jamais auparavant, record du monde en correction d'erreurs.

"L'identification des erreurs les plus courantes est un autre moyen de libérer plus de puissance de traitement pour des calculs utiles, " a déclaré le Dr Brown.

Le professeur Stephen Bartlett est co-auteur de cet article et dirige le groupe de recherche sur la théorie de l'information quantique à l'Université de Sydney.

"Notre groupe à Sydney est très concentré sur la découverte de la façon dont nous pouvons augmenter les effets quantiques afin qu'ils puissent alimenter des appareils à grande échelle, " a déclaré le professeur Bartlett, qui est également doyen associé à la recherche à la Faculté des sciences.

« Les travaux du Dr Brown ont montré comment faire pour une puce quantique. Ce type de progrès nous permettra de passer de petits nombres de qubits à de très grands nombres et de construire des ordinateurs quantiques ultra-puissants qui résoudront les grands problèmes de demain. "