Bref aperçu
- Des chercheurs de Quantinuum et de l’Université du Colorado ont réussi à intriquer quatre qubits logiques avec une meilleure fidélité que leurs homologues physiques.
- Cette avancée démontre une meilleure protection contre les erreurs et une meilleure fiabilité opérationnelle, des étapes essentielles vers le développement d’ordinateurs quantiques pratiques et évolutifs.
- Cette réussite démontre également l’engagement de Quantinuum à rendre l’informatique quantique plus accessible et plus fiable, en combinant le processeur quantique avancé H2 avec des codes de correction d’erreurs innovants.
Quantinuum et l’Université du Colorado affirment avoir réussi, pour la première fois, à intriquer quatre qubits logiques protégés contre les erreurs, qui présentent une meilleure fidélité que leurs homologues physiques. Mais il ne s’agit pas seulement d’un exercice académique. Ils en font état dans un article publié sur le serveur de pré-impression ArXiv que le système améliorera la précision des opérations quantiques, ce qui conduira à une amélioration de la protection contre les erreurs et de la fiabilité opérationnelle, deux étapes cruciales pour faire des ordinateurs quantiques une réalité pratique.
Les chercheurs ont ajouté qu’ils ont implémenté les codes de correction d’erreurs – appelés code qLDPC (High-Speed Non-Local Quantum Low-Density Parity-Check) – sur le processeur quantique H2 de Quantinuum.
Le défi de la correction d’erreur quantique
Selon l’équipe, la correction des erreurs quantiques est un élément essentiel dans la quête d’ordinateurs quantiques fiables et pratiques. Les systèmes quantiques sont intrinsèquement fragiles, sujets aux erreurs dues aux interférences environnementales et aux opérations imparfaites.
Les chercheurs écrivent dans un article de blog« Pour qu’un ordinateur quantique soit utile, il doit être universel, disposer de nombreux qubits et être capable de détecter et de corriger les erreurs. L’étape de correction des erreurs doit être si bien réalisée que, dans les calculs finaux, on ne voit une erreur qu’en moins d’une tentative sur un milliard (ou peut-être même une sur mille milliards). La correction des erreurs sur un ordinateur quantique est assez délicate, et la plupart des systèmes de correction d’erreurs actuels sont assez coûteux à exécuter pour les ordinateurs quantiques. »
Pour atténuer ces erreurs, les informations quantiques doivent être codées dans plusieurs qubits intriqués, formant ce que l’on appelle un « qubit logique ». Ce processus, cependant, a toujours été gourmand en ressources, nécessitant un nombre important de qubits physiques pour coder un seul qubit logique, ce qui conduit à des taux de codage faibles.
Pour que les ordinateurs quantiques soient tolérants aux pannes, le taux d’erreur dans les calculs finaux doit être exceptionnellement faible, idéalement inférieur à une erreur sur un milliard, voire un billion de tentatives. Les systèmes actuels de correction des erreurs sont souvent coûteux à mettre en œuvre sur les machines quantiques, ce qui constitue un obstacle de taille sur la voie vers une informatique quantique évolutive.
Codes à taux élevé
Les chercheurs de Quantinuum et de l’Université du Colorado n’ont pas hésité à s’attaquer à ce problème en implémentant un code qLDPC non local à haut débit sur le processeur quantique H2. Ce type de code, bien qu’il ait été évoqué en théorie comme une approche prometteuse, n’avait jusqu’à présent pas été mis en pratique. Selon l’article, ce code innovant permet d’obtenir un taux beaucoup plus élevé de qubits logiques par qubit physique, ce qui permet de faire évoluer les machines quantiques plus efficacement qu’avec les codes traditionnels.
Dans l’article, les chercheurs ont détaillé leur succès dans la création de quatre qubits logiques protégés contre les erreurs et leur enchevêtrement dans un état Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ). L’état GHZ est une référence cruciale en informatique quantique, souvent utilisée pour mesurer la fidélité des opérations quantiques au niveau du système. Le code de correction d’erreur a amélioré la fidélité de la préparation de l’état GHZ, obtenant de meilleurs résultats que l’exécution de la même opération sur des qubits physiques seuls.
L’implémentation a démontré que les qubits logiques codés à l’aide du code qLDPC à haut débit atteignaient des fidélités comprises entre 99,5 % et 99,7 %, surpassant les fidélités des qubits physiques non corrigés, qui se situaient entre 97,8 % et 98,7 %. Cette réussite marque la première fois que quelqu’un parvient à enchevêtrer quatre qubits logiques avec une meilleure fidélité que leurs homologues physiques, selon les chercheurs.
Connexion entre protection et correction des erreurs
Parce qu’ils sont connectés, mais pas vraiment identiques, il pourrait être bon de distinguer la différence entre la correction d’erreur et la protection contre les erreurs.
Protection contre les erreurs est une méthode permettant de réduire le taux d’erreur global dans un système quantique, rendant la tâche de correction des erreurs plus gérable. Correction des erreurscomme mentionné précédemment, contribue à maintenir l’intégrité des informations quantiques au cours de longues tâches de calcul, en particulier lorsque les taux d’erreur ne peuvent pas être entièrement éliminés par les seuls mécanismes de protection.
Dans le cadre de l’étude Quantinuum et de l’Université du Colorado, les chercheurs ont mis en œuvre un code de contrôle de parité à faible densité quantique non local à haut débit (qLDPC), qui est principalement un technique de correction d’erreurCe code encode des qubits logiques dans des états intriqués de qubits physiques pour détecter et corriger les erreurs. Cependant, la conception et l’optimisation du processeur quantique H2 pour prendre en charge de tels codes pourraient être considérées comme faisant partie de protection contre les erreurscar cela garantit que le matériel peut mettre en œuvre efficacement les protocoles de correction avec un minimum d’erreurs supplémentaires.
Conséquences de l’informatique quantique
Le succès de ce code qLDPC non local à haut débit a des implications considérables pour l’avenir de l’informatique quantique. Il fournit une preuve de principe selon laquelle les codes non locaux peuvent améliorer les performances des processeurs quantiques contemporains, ouvrant la voie à des machines quantiques plus efficaces et plus évolutives.
L’une des caractéristiques remarquables de ce code est son optimisation pour les architectures capables de déplacer des qubits, comme le processeur H2 de Quantinuum. Cette reconfigurabilité permet la mise en œuvre de portes non locales et simplifie les opérations critiques, telles que le réétiquetage des qubits individuels, qui peut être effectué avec un minimum d’erreurs. Le taux de codage élevé de ce code est particulièrement avantageux, car il signifie que le nombre de qubits logiques est proportionnel au nombre de qubits physiques, ce qui permet une mise à l’échelle rapide des systèmes quantiques.
Pour aller un peu plus loin : pris en contexte avec plusieurs autres avancées de Quantinuum rapportées en 2024, cela montre que le programme de recherche de l’entreprise est fortement investi dans l’utilisation de tous les aspects de la pile informatique quantique pour développer des ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes du monde réel.
Les programmeurs quantiques et l’accessibilité
Selon les chercheurs, une partie essentielle de cette étude pourrait être omise en se concentrant uniquement sur la lecture de l’article. L’un des aspects de la recherche est que ce travail ouvre la voie à un accès plus large à l’informatique quantique pour un plus large éventail de chercheurs et de développeurs, réduisant ainsi la barrière à l’entrée pour la programmation quantique.
L’équipe écrit dans le billet : « Il convient de noter que cette remarquable réussite a été réalisée avec une équipe très réduite, dont la moitié des membres ne possèdent pas de connaissances spécialisées sur la physique sous-jacente de nos processeurs. Notre pile matérielle et logicielle est désormais si mature que des progrès peuvent être réalisés par des « programmeurs quantiques » qui n’ont pas besoin de connaissances avancées en matériel quantique et qui peuvent exécuter leurs programmes sur une machine commerciale entre deux tâches commerciales. »
Selon le blog de Quantinuum, ce niveau d’accessibilité les place en tête de la concurrence en termes de fiabilité et de facilité d’utilisation. Les chercheurs peuvent exécuter leurs programmes sur une machine quantique commerciale, même entre deux projets commerciaux, ce qui démontre la viabilité pratique de leurs systèmes.
L’équipe de recherche comprenait : Yifan Hong et Andrew Lucas, tous deux du Département de physique et Centre de théorie de la matière quantique, Université du ColoradoBoulder et Elijah Durso-Sabina, et David Hayes, tous deux de Quantinuum.
Lisez le document en profondeur avec plus de détails techniques dans leur ArXiv papier.
Pour en savoir plus sur le système H2, rendez-vous sur Page produit de Quantinuum.
2024-07-03 22:36:13
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