IBM fait un grand pas en avant dans la détection des erreurs de l’informatique quantique

L’informatique quantique est sur le point de propulser la révolution numérique vers de nouveaux sommets.

Le traitement turbocompressé promet de diagnostiquer instantanément les problèmes de santé et de permettre le développement rapide de nouveaux médicaments ; accélérer considérablement le temps de réponse des systèmes d’IA pour des opérations aussi urgentes que la conduite autonome et les voyages dans l’espace ; optimiser le contrôle du trafic dans les villes encombrées ; aider les avions à mieux naviguer dans des turbulences extrêmes ; accélérer les prévisions météorologiques afin de mieux préparer les localités confrontées à d’éventuelles catastrophes et optimiser les systèmes de chaîne d’approvisionnement pour des délais de livraison plus efficaces et des économies de coûts.

Mais nous n’en sommes pas encore là. L’un des plus grands obstacles auxquels sont confrontées les opérations quantiques est la correction d’erreurs.

Le prix à payer pour des opérations plus rapides dans les systèmes quantiques est un taux d’erreur plus élevé. Les ordinateurs quantiques sont très sensibles au bruit tel que les signaux électromagnétiques, les changements de température et les perturbations du champ magnétique terrestre. Un tel bruit déclenche des erreurs.

Les qubits, composants spécifiques à l’informatique quantique, sont eux-mêmes sujets aux erreurs. Des défauts dans les fréquences, les niveaux d’énergie et la force de couplage peuvent entraîner des erreurs de calcul.

Contrairement aux bits informatiques standards qui sont copiés de manière fiable la plupart du temps, les qubits, de par leur nature même, ne peuvent pas être clonés sans introduire des erreurs. Les bits stockent des états de chiffres binaires facilement répliqués tandis que les qubits stockent les données dans un état quantique mathématique complexe qui peut être perturbé lors de la copie. De plus, les qubits vieillissent rapidement et leur détérioration peut introduire des erreurs.

Les chercheurs d’IBM Quantum affirment avoir développé un système qui améliore considérablement la détection des erreurs dans l’informatique quantique. Dans un article en ligne du 28 août, ils ont expliqué le défi : « La correction d’erreurs classique standard ne doit corriger que les erreurs de retournement de bits », a déclaré Sergey Bravyi, chercheur chez IBM.

« Les ordinateurs quantiques doivent corriger davantage de types d’erreurs, comme les erreurs de phase qui peuvent corrompre les informations quantiques supplémentaires transportées par les qubits. Les techniques doivent [also] corriger les erreurs sans pouvoir copier des états quantiques inconnus et sans détruire l’état quantique sous-jacent. »

Dans leur document de recherche, les chercheurs d’IBM ont décrit un processus qui, selon eux, réduit considérablement l’arsenal requis actuellement en informatique quantique pour détecter les erreurs.

Les codes de surface informatique standard sont utilisés depuis longtemps avec succès pour la correction d’erreurs. Ce sont des grilles bidimensionnelles ressemblant à un damier. La correction efficace des erreurs pour les qubits est plus difficile.

Bravyi affirme que de nombreux experts estiment que l’informatique quantique tolérante aux pannes nécessiterait des millions de qubits, « un nombre que nous pensons trop important pour être pratique à ce stade de développement ».

La solution d’IBM, un code amélioré et une refonte du placement des qubits, permet d’obtenir des résultats nécessitant un dixième du nombre de qubits physiques actuellement utilisés pour la correction d’erreurs.

« La correction pratique des erreurs est loin d’être un problème résolu », reconnaissent les chercheurs dans un article intitulé « Mémoire quantique à tolérance de pannes à seuil élevé et à faible surcharge » publié le 15 août sur le serveur de préimpression. arXiv.

« Cependant, ces nouveaux codes et d’autres avancées dans ce domaine renforcent notre confiance dans le fait que l’informatique quantique tolérante aux pannes n’est pas seulement possible, mais qu’elle est possible sans avoir à construire un ordinateur quantique déraisonnablement grand. »

Leur approche ne fonctionne actuellement que sur la mémoire quantique et non sur la puissance de calcul.

« Ces techniques constituent un tremplin vers un monde informatique tolérant aux pannes », déclare Bravyi, « et ce nouveau code rapproche ce monde. C’est un résultat prometteur qui nous indique où nous devrions chercher ensuite des codes de correction d’erreurs encore meilleurs. »