Alice & Bob améliore l’état magique de l’informatique quantique
Des scientifiques d’Alice & Bob et de l’Inria, l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique, ont soumis à l’examen de leurs pairs une étude illustrant la méthode matérielle la plus efficace à ce jour pour produire des états magiques sur des ordinateurs quantiques supraconducteurs. Cette méthode constitue une étape cruciale vers la réalisation d’une informatique quantique pratique.
Ce travail rend la préparation de l’état magique, un processus à forte intensité de ressources, moins coûteuse en termes de qubits requis et considérablement plus rapide, consolidant ainsi la feuille de route vers l’ensemble de portes universelles tolérantes aux fautes nécessaire pour exécuter des applications pratiques d’informatique quantique à l’échelle.
Le nouveau code développé s’inspire des méthodes existantes et a été adapté pour fonctionner avec les qubits de la société, qui protègent intrinsèquement contre les erreurs de retournement des bits dans les calculs quantiques.
Pour parvenir à un calcul quantique universel permettant d’exécuter tous les algorithmes quantiques possibles, y compris ceux dont on sait qu’ils sont plus rapides que les algorithmes classiques, comme les algorithmes de Shor et de Grover, un ordinateur quantique doit prendre en charge un ensemble complet d’opérations ou de portes fondamentales spécifiques. Les scientifiques peuvent mettre en œuvre certaines de ces portes directement. Cependant, d’autres portes nécessitent l’utilisation de ressources quantiques spéciales appelées « états magiques ». Ces états doivent être soigneusement préparés et manipulés pendant le calcul pour permettre des opérations « non triviales » qui ne peuvent pas être exécutées directement, complétant ainsi l’ensemble des portes universelles. En d’autres termes, les états magiques permettent d’activer les dernières portes requises pour compléter l’ensemble des opérations nécessaires à l’exécution de tout algorithme quantique possible.
Recherche sur l’état magique
La distillation optimale de l’état magique nécessiterait des arrangements 3D complexes de qubits, ce qui conduirait à des architectures trop difficiles à concevoir dans les QPU à l’état solide. Des recherches récentes menées par des scientifiques de Google ont théorisé que la production de l’état magique avec de faibles taux d’erreur ne nécessiterait que 463 qubits dans une nouvelle architecture 2D, combinant des décennies de recherche sur la correction des erreurs quantiques et surmontant le défi de l’architecture 3D pour réduire les besoins en qubits de manière significative.
Les chercheurs d’Alice & Bob et de l’Inria ont réussi à « déplier » le code 3D, un peu comme on aplatit une boîte, en un schéma 2D encore plus pratique. Le code déplié pour la préparation de l’état magique, surnommé en interne le « code du cœur » en raison de sa forme particulière, n’est possible que grâce à des qubits biaisés par le bruit, tels que les qubits de chat mis au point par Alice & Bob.
Le code déplié simplifie l’ensemble des opérations et réduit les frais généraux, ne nécessitant que 53 qubits pour produire un état magique. Il en résulte une réduction remarquable de 8,7 fois des besoins en qubits par rapport aux principales approches, tout en nécessitant 5 fois moins de cycles de correction d’erreurs quantiques, ce qui le rend environ 5 fois plus rapide que les plates-formes supraconductrices de pointe pour le même taux d’erreur de moins de 1 sur un million.
« Les acteurs les plus avancés dans le domaine quantique ont multiplié les percées pour réduire les coûts de préparation des états magiques, et il est passionnant de voir comment notre travail améliore encore l’état de l’art sur les qubits biaisés par le bruit », a déclaré Diego Ruiz, auteur de l’article et doctorant chez Alice & Bob et à l’Inria.
Il est important de noter que ce protocole d’état magique n’utilise que des composants déjà requis pour l’architecture de correction d’erreurs quantiques d’Alice et Bob, y compris les opérations fondamentales et les qubits de chat physiques. Aucun nouveau développement n’est donc nécessaire et l’entreprise peut se concentrer sur l’atteinte des performances visées.
Cette recherche met en évidence les avantages prometteurs du biais de bruit des qubits de chat pour réduire la surcharge matérielle nécessaire à l’informatique quantique pratique, non seulement lorsqu’ils sont combinés avec des codes d’erreur avancés comme le LDPC décrit dans un autre article récent des chercheurs d’Alice et Bob, mais aussi maintenant dans le contexte de la préparation de l’état magique.
« La communauté est enfin en train de résoudre cet obstacle imminent aux ordinateurs quantiques utiles, certains acteurs ayant même réalisé la première preuve de concept de préparation d’un état magique dans un cadre expérimental », a déclaré Théau Peronnin, PDG d’Alice & Bob. « En capitalisant sur les qubits de chat, ces travaux ont permis d’alléger notre feuille de route tout en démontrant les avantages à long terme de notre plateforme universelle. »
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