Les physiciens prolongent la durée de vie de Qubit dans la validation pivot de l’informatique quantique

L’informatique quantique promet d’être un outil révolutionnaire, simplifiant les équations que les ordinateurs classiques auraient du mal à compléter. Pourtant, le cheval de bataille du dispositif quantique, connu sous le nom de qubit, est un objet délicat susceptible de s’effondrer.

Garder suffisamment de qubits dans leur état idéal suffisamment longtemps pour les calculs s’est jusqu’à présent avéré un défi.

Dans une nouvelle expérience, les scientifiques ont pu maintenir un qubit dans cet état deux fois plus longtemps que la normale. En cours de route, ils ont démontré le caractère pratique de la correction d’erreur quantique (QEC), un processus qui conserve les informations quantiques intactes plus longtemps en introduisant de la place pour la redondance et la suppression des erreurs.

L’idée de QEC existe depuis le milieu des années 90, mais il a maintenant été démontré qu’elle fonctionne en temps réel. Une partie de la raison du succès de l’expérience était l’introduction d’algorithmes d’IA d’apprentissage automatique pour peaufiner la routine de correction d’erreurs.

« Pour la première fois, nous avons montré que rendre le système plus redondant et détecter et corriger activement les erreurs quantiques permettait de gagner en résilience de l’information quantique », explique le physicien Michel Devoret, de l’université de Yale dans le Connecticut.

Les qubits sont des objets tels qu’ils existent dans un mélange d’états quantiques. Là où les objets classiques peuvent avoir des états absolus, la version d’un qubit du même état serait mieux décrite en utilisant la probabilité. Lorsqu’un qubit interagit avec d’autres qubits, leurs probabilités s’enchevêtrent de manière informatiquement utile.

Malheureusement, ce ne sont pas seulement les autres qubits qui peuvent entrelacer leurs états avec un objet non décidé. Tout dans l’environnement agit comme du « bruit », influençant potentiellement ces probabilités délicates et laissant place aux erreurs.

Une partie de la raison pour laquelle les scientifiques ont eu du mal à mettre en œuvre la QEC est qu’elle peut introduire ses propres erreurs. L’espace supplémentaire accordé pour la correction d’erreurs peut rendre le qubit encore plus vulnérable aux interférences de l’environnement environnant.

Comme de nombreuses expériences de physique quantique, celle-ci a été menée à des températures ultra-froides cent fois plus froides que l’espace extra-atmosphérique, dans ce cas. La configuration doit être soigneusement contrôlée afin de protéger au maximum le qubit.

Le qubit corrigé des erreurs a duré 1,8 millisecondes seulement un clin d’œil comme nous pourrions en faire l’expérience, mais une durée impressionnante pour un qubit fonctionnant au niveau quantique. Désormais, l’équipe de recherche pourra affiner davantage le processus.

« Notre expérience montre que la correction d’erreur quantique est un véritable outil pratique », explique Devoret. « C’est plus qu’une simple démonstration de preuve de principe. »

Alors que les scientifiques font des progrès significatifs dans le développement des ordinateurs quantiques et que des ordinateurs quantiques rudimentaires sont actuellement utilisés, il reste encore un long chemin à parcourir avant que le plein potentiel de la technologie ne soit réalisé.

La réduction du bruit, l’amélioration de la stabilité et la mise à niveau de la correction des erreurs vont toutes jouer un rôle important dans le rapprochement vers des ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle que tout le monde peut utiliser.

Dans ce cas, la percée était due à plusieurs facteurs différents, plutôt qu’à un seul changement. Le code QEC était en fait celui de 2001, mais des améliorations ainsi que des mises à niveau du processus de fabrication du circuit quantique ont fait la différence.

« Aucune percée unique n’a permis ce résultat », déclare Volodymyr Sivak, chercheur chez Google et anciennement à l’université de Yale. « C’est en fait une combinaison de tout un tas de technologies différentes qui ont été développées au cours des dernières années, que nous avons combinées dans cette expérience. »

« Notre expérience valide une hypothèse fondamentale de l’informatique quantique, et cela me rend très enthousiaste quant à l’avenir de ce domaine. »

La recherche a été publiée dans Nature.