Des scientifiques d’Alice & Bob et de l’Inria, l’Institut national de recherche en sciences et technologies du num\u00e9rique, ont soumis \u00e0 l’examen de leurs pairs une \u00e9tude illustrant la m\u00e9thode mat\u00e9rielle la plus efficace \u00e0 ce jour pour produire des \u00e9tats magiques sur des ordinateurs quantiques supraconducteurs. Cette m\u00e9thode constitue une \u00e9tape cruciale vers la r\u00e9alisation d’une informatique quantique pratique.<\/p>\n
Ce travail rend la pr\u00e9paration de l’\u00e9tat magique, un processus \u00e0 forte intensit\u00e9 de ressources, moins co\u00fbteuse en termes de qubits requis et consid\u00e9rablement plus rapide, consolidant ainsi la feuille de route vers l’ensemble de portes universelles tol\u00e9rantes aux fautes n\u00e9cessaire pour ex\u00e9cuter des applications pratiques d’informatique quantique \u00e0 l’\u00e9chelle.<\/p>\n
Le nouveau code d\u00e9velopp\u00e9 s’inspire des m\u00e9thodes existantes et a \u00e9t\u00e9 adapt\u00e9 pour fonctionner avec les qubits de la soci\u00e9t\u00e9, qui prot\u00e8gent intrins\u00e8quement contre les erreurs de retournement des bits dans les calculs quantiques.<\/p>\n
Pour parvenir \u00e0 un calcul quantique universel permettant d’ex\u00e9cuter 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’op\u00e9rations ou de portes fondamentales sp\u00e9cifiques. Les scientifiques peuvent mettre en \u0153uvre certaines de ces portes directement. Cependant, d’autres portes n\u00e9cessitent l’utilisation de ressources quantiques sp\u00e9ciales appel\u00e9es \u00ab\u00a0\u00e9tats magiques\u00a0\u00bb. Ces \u00e9tats doivent \u00eatre soigneusement pr\u00e9par\u00e9s et manipul\u00e9s pendant le calcul pour permettre des op\u00e9rations \u00ab\u00a0non triviales\u00a0\u00bb qui ne peuvent pas \u00eatre ex\u00e9cut\u00e9es directement, compl\u00e9tant ainsi l’ensemble des portes universelles. En d’autres termes, les \u00e9tats magiques permettent d’activer les derni\u00e8res portes requises pour compl\u00e9ter l’ensemble des op\u00e9rations n\u00e9cessaires \u00e0 l’ex\u00e9cution de tout algorithme quantique possible.<\/p>\n
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La distillation optimale de l’\u00e9tat magique n\u00e9cessiterait des arrangements 3D complexes de qubits, ce qui conduirait \u00e0 des architectures trop difficiles \u00e0 concevoir dans les QPU \u00e0 l’\u00e9tat solide. Des recherches r\u00e9centes men\u00e9es par des scientifiques de Google ont th\u00e9oris\u00e9 que la production de l’\u00e9tat magique avec de faibles taux d’erreur ne n\u00e9cessiterait que 463 qubits dans une nouvelle architecture 2D, combinant des d\u00e9cennies de recherche sur la correction des erreurs quantiques et surmontant le d\u00e9fi de l’architecture 3D pour r\u00e9duire les besoins en qubits de mani\u00e8re significative.<\/p>\n
Les chercheurs d’Alice & Bob et de l’Inria ont r\u00e9ussi \u00e0 \u00ab\u00a0d\u00e9plier\u00a0\u00bb le code 3D, un peu comme on aplatit une bo\u00eete, en un sch\u00e9ma 2D encore plus pratique. Le code d\u00e9pli\u00e9 pour la pr\u00e9paration de l’\u00e9tat magique, surnomm\u00e9 en interne le \u00ab\u00a0code du c\u0153ur\u00a0\u00bb en raison de sa forme particuli\u00e8re, n’est possible que gr\u00e2ce \u00e0 des qubits biais\u00e9s par le bruit, tels que les qubits de chat mis au point par Alice & Bob.<\/p>\n
Le code d\u00e9pli\u00e9 simplifie l’ensemble des op\u00e9rations et r\u00e9duit les frais g\u00e9n\u00e9raux, ne n\u00e9cessitant que 53 qubits pour produire un \u00e9tat magique. Il en r\u00e9sulte une r\u00e9duction remarquable de 8,7 fois des besoins en qubits par rapport aux principales approches, tout en n\u00e9cessitant 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 m\u00eame taux d’erreur de moins de 1 sur un million.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Les acteurs les plus avanc\u00e9s dans le domaine quantique ont multipli\u00e9 les perc\u00e9es pour r\u00e9duire les co\u00fbts de pr\u00e9paration des \u00e9tats magiques, et il est passionnant de voir comment notre travail am\u00e9liore encore l’\u00e9tat de l’art sur les qubits biais\u00e9s par le bruit\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Diego Ruiz, auteur de l’article et doctorant chez Alice & Bob et \u00e0 l’Inria.<\/p>\n
Il est important de noter que ce protocole d’\u00e9tat magique n’utilise que des composants d\u00e9j\u00e0 requis pour l’architecture de correction d’erreurs quantiques d’Alice et Bob, y compris les op\u00e9rations fondamentales et les qubits de chat physiques. Aucun nouveau d\u00e9veloppement n’est donc n\u00e9cessaire et l’entreprise peut se concentrer sur l’atteinte des performances vis\u00e9es.<\/p>\n
Cette recherche met en \u00e9vidence les avantages prometteurs du biais de bruit des qubits de chat pour r\u00e9duire la surcharge mat\u00e9rielle n\u00e9cessaire \u00e0 l’informatique quantique pratique, non seulement lorsqu’ils sont combin\u00e9s avec des codes d’erreur avanc\u00e9s comme le LDPC d\u00e9crit dans un autre article r\u00e9cent des chercheurs d’Alice et Bob, mais aussi maintenant dans le contexte de la pr\u00e9paration de l’\u00e9tat magique.<\/p>\n
\u00ab\u00a0La communaut\u00e9 est enfin en train de r\u00e9soudre cet obstacle imminent aux ordinateurs quantiques utiles, certains acteurs ayant m\u00eame r\u00e9alis\u00e9 la premi\u00e8re preuve de concept de pr\u00e9paration d’un \u00e9tat magique dans un cadre exp\u00e9rimental\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Th\u00e9au Peronnin, PDG d’Alice & Bob. \u00ab\u00a0En capitalisant sur les qubits de chat, ces travaux ont permis d’all\u00e9ger notre feuille de route tout en d\u00e9montrant les avantages \u00e0 long terme de notre plateforme universelle.\u00a0\u00bb<\/p>\n