Fujitsu et l’Université d’Osaka développent une nouvelle architecture d’informatique quantique, accélérant les progrès vers l’application pratique des ordinateurs quantiques
Réaliser une correction d’erreur quantique très précise même pour les ordinateurs quantiques avec environ 10 000 qubits physiques
Université d’Osaka, Fujitsu Limited
Faits d’actualité :
- La nouvelle architecture informatique quantique réduit le nombre de qubits physiques (1) requis pour la correction d’erreur quantique à 10 % des architectures conventionnelles, permettant même aux ordinateurs quantiques au début de l’ère FTQC (2) avec un maximum de 10 000 qubits physiques pour être plus performant que les ordinateurs classiques
- La nouvelle architecture représente une étape importante vers la construction d’un ordinateur quantique avec 10 000 qubits physiques et 64 qubits logiques, accélérant les progrès vers la réalisation d’un véritable calcul quantique tolérant aux pannes (3)
Tokyo et Osaka, le 23 mars 2023
Fujitsu et le Centre d’information quantique et de biologie quantique (QIQB) des universités d’Osaka ont dévoilé aujourd’hui le développement d’une nouvelle architecture informatique quantique à rotation analogique hautement efficace, qui représente une étape importante vers la réalisation de l’informatique quantique pratique. La nouvelle architecture réduit de 90 % le nombre de qubits physiques requis pour la correction d’erreur quantique, condition préalable à la réalisation d’un calcul quantique tolérant aux pannes, passant de 1 million à 10 000 qubits. Cette percée permettra à la recherche de se lancer dans la construction d’un ordinateur quantique avec 10 000 qubits physiques et 64 qubits logiques (4)ce qui correspond à des performances de calcul d’environ 100 000 fois supérieures aux performances de pointe des ordinateurs classiques à hautes performances.
À l’avenir, Fujitsu et l’Université d’Osaka affineront encore cette nouvelle architecture pour diriger le développement des ordinateurs quantiques au début de l’ère FTQC, dans le but d’appliquer des applications d’informatique quantique à un large éventail de problèmes sociétaux pratiques, notamment le développement de matériaux et la finance.
Correction d’erreurs pour l’informatique tolérante aux pannes : faire du quantum pratique une réalité
Les ordinateurs quantiques à portes devraient révolutionner la recherche dans un large éventail de domaines, notamment la chimie quantique et les systèmes financiers complexes, car ils offriront des performances de calcul nettement supérieures à celles des ordinateurs classiques actuels.
Les qubits logiques, qui consistent en plusieurs qubits physiques, jouent un rôle clé majeur dans la technologie de correction d’erreur quantique et, finalement, dans la réalisation d’ordinateurs quantiques pratiques qui peuvent fournir des résultats tolérants aux pannes.
Dans les architectures d’informatique quantique conventionnelles, les calculs sont effectués à l’aide d’une combinaison de quatre portes quantiques universelles à erreur corrigée (5) (porte CNOT, H, S et T). Au sein de ces architectures, en particulier la correction d’erreur quantique pour les portes en T nécessite un grand nombre de qubits physiques, et la rotation du vecteur d’état dans le calcul quantique nécessite des opérations de porte en T logiques répétées environ cinquante fois en moyenne. Ainsi, la réalisation d’un véritable ordinateur quantique tolérant aux pannes nécessiterait plus d’un million de qubits physiques au total.
Pour cette raison, les ordinateurs quantiques du début de l’ère FTQC utilisant une architecture conventionnelle pour la correction d’erreur quantique ne peuvent effectuer des calculs qu’à une échelle très limitée en dessous de celle des ordinateurs classiques, car ils fonctionnent avec un maximum d’environ 10 000 qubits physiques, un nombre bien inférieur à cela. requis pour une véritable informatique quantique tolérante aux pannes.
Pour résoudre ces problèmes, Fujitsu et l’Université d’Osaka ont développé une nouvelle architecture informatique quantique à rotation analogique très efficace, capable de réduire considérablement le nombre de qubits physiques requis pour la correction d’erreurs quantiques et de permettre même aux ordinateurs quantiques dotés de 10 000 qubits physiques de mieux fonctionner que ordinateurs classiques actuels, accélérant les progrès vers la réalisation d’une véritable informatique quantique tolérante aux pannes.
Fujitsu et l’Université d’Osaka ont promu la R&D conjointe dans la technologie de correction d’erreur quantique, y compris de nouvelles architectures de calcul quantique pour le début de l’ère FTQC à la Fujitsu Quantum Computing Joint Research Division, un effort de recherche collaboratif du QIQB, établi le 1er octobre 2021 sur le campus de l’Université d’Osaka dans le cadre du programme Fujitsus Fujitsu Small Research Laboratory (6).
À propos de la nouvelle architecture d’informatique quantique
En redéfinissant l’ensemble de portes quantiques universelles, Fujitsu et l’Université d’Osaka ont réussi à mettre en œuvre une porte rotative de phase, une première mondiale qui permet une rotation de phase très efficace, un processus qui nécessitait auparavant un nombre élevé de qubits physiques et d’opérations de porte quantique.
Contrairement aux architectures conventionnelles qui nécessitaient des opérations de porte en T logiques répétées utilisant un grand nombre de qubits physiques, le fonctionnement de la porte dans la nouvelle architecture est effectué par rotation de phase directement à n’importe quel angle spécifié.
De cette manière, les deux parties ont réussi à réduire le nombre de qubits nécessaires à la correction d’erreur quantique à environ 10 % des technologies existantes, et le nombre d’opérations de porte nécessaires à la rotation arbitraire à environ 5% des architectures conventionnelles. De plus, Fujitsu et l’Université d’Osaka ont réduit la probabilité d’erreur quantique dans les qubits physiques à environ 13 %, réalisant ainsi des calculs très précis.
L’architecture informatique nouvellement développée jette les bases de la construction d’un ordinateur quantique avec 10 000 qubits physiques et 64 qubits logiques, ce qui correspond à des performances de calcul d’environ 100 000 fois supérieures aux performances de pointe des ordinateurs conventionnels à hautes performances.
Figure : Image de la nouvelle architecture d’informatique quantiqueRemerciements
La recherche et le développement de la nouvelle architecture informatique quantique ont été soutenus par les programmes suivants : Japan Science and Technology Agency (JST), The program on open innovation platform for industry-academia co-creation (COI-NEXT), « Quantum Software Research Hub » (JPMJPF2014); JST Moonshot Goal 6 « Réalisation d’un ordinateur quantique universel tolérant aux pannes qui révolutionnera l’économie, l’industrie et la sécurité d’ici 2050 », projet de R&D « Recherche et développement de la théorie et des logiciels pour les ordinateurs quantiques tolérants aux pannes » (JPMJMS2061); MEXT Quantum Leap Flagship Program (MEXT Q-LEAP) « Développement de logiciels quantiques par conception de systèmes quantiques intelligents et ses applications » (JPMXS0120319794) et « Développement d’applications logicielles quantiques par simulateur classique rapide d’ordinateurs quantiques » (JPMXS0118067394).
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Date: 23 mars 2023
Ville: Tokyo et Osaka, Japon
Entreprise: Université d’Osaka, Fujitsu Limited