Google Quantum AI a annoncé avoir mis en œuvre en pratique, sur son processeur quantique Willow, une technique connue sous le nom de « culture des états magiques » (magic state cultivation), permettant de réduire les erreurs d’environ 40 fois par rapport aux états non cultivés. Les résultats ont été publiés dans la revue Science, une étape que l’entreprise présente comme une réponse à l’un des goulets d’étranglement en ressources les plus difficiles qui entravent le développement de l’informatique quantique vers des applications pratiques.
Pourquoi les états magiques constituent-ils un goulet d’étranglement ?
L’informatique quantique universelle a besoin d’un ensemble précis d’opérations pour pouvoir exécuter des programmes utiles dépassant les capacités de l’informatique classique. Pour effectuer ces opérations, on crée des états quantiques spéciaux appelés « états magiques », qui sont ensuite utilisés dans des opérations corrigées des erreurs. Cependant, la création d’états de haute qualité corrigés des erreurs consomme d’énormes ressources ; selon des estimations citées par Google, jusqu’à 95 % de la capacité d’un ordinateur quantique pourrait être consacrée à leur production, plutôt qu’à l’exécution des calculs eux-mêmes.
Le problème est aggravé par le fait qu’un état magique est consommé lors de son utilisation et ne peut pas être réutilisé, ce qui en fait une ressource rare dans le système quantique.
Comment la technique de culture a-t-elle fonctionné ?
L’idée, développée par les chercheurs de Google Quantum AI à partir de travaux antérieurs, consiste à introduire un état bruité dans une petite zone de la puce, puis à effectuer une série de mesures coordonnées afin de détecter les tentatives défectueuses et de les écarter. De cette manière, un état quantique pur et faiblement sujet aux erreurs est cultivé, tout en étant adapté à un encodage plus grand pouvant être utilisé à l’intérieur de l’ordinateur.
Le principal défi consistait à transformer l’idée théorique en un système fonctionnant sur du matériel réel. Au cours des essais, l’équipe a découvert que la dérive des équipements électriques et les variations de température produisaient un type de bruit qui affectait la validité de la méthode de mesure utilisée pour évaluer les résultats. Après des simulations, des contrôles de cohérence et un réexamen des hypothèses, les chercheurs ont ajouté des moyens de contrôle pour réduire l’effet du bruit et ont conçu une nouvelle technique de mesure utilisant le processus de culture lui-même comme outil d’étalonnage.
Résultats des mesures et changements pratiques
Sur le processeur Willow, le protocole a permis de réduire les erreurs d’un facteur 40 par rapport aux états non cultivés. Il a également produit des états T avec une précision logique de 99,99 %, un résultat décrit par Google comme un nouveau niveau record dans la mesure quantique.
L’équipe a également démontré la possibilité de passer entre deux types de correction des erreurs quantiques : les « codes couleur » (color codes), adaptés au processus de culture, et les « codes de surface » (surface codes), une méthode plus établie. Cela comprenait le transfert d’états d’un code couleur de distance 3 vers un code de surface de distance 5, tout en conservant les états purifiés et en les transférant au sein du matériel.
Qu’est-ce qui n’est pas encore tranché ?
Ce résultat ne prouve pas que l’informatique quantique pratique est déjà disponible. Google reconnaît que la culture des états magiques doit être démontrée à plus grande échelle pour devenir réaliste dans le cadre d’une informatique quantique utile, et que d’autres défis techniques et d’ingénierie subsistent. La véritable valeur de cette avancée est de faire passer une idée centrale du stade théorique à une expérience réussie sur un processeur réel, tout en offrant une voie potentielle pour réduire la quantité de ressources nécessaires à la construction d’un ordinateur quantique tolérant aux fautes.