Une expérience menée par Michael Devorette de l'Université de Yale prouve que
Que sont les qubits ?
Les informations en informatique classique proviennentsous forme de bits correspondant à des uns ou à des zéros. En informatique quantique, ils sont stockés dans des dispositifs spéciaux dotés de propriétés quantiques, appelés bits quantiques ou « qubits ».
Périphérique IBM 7 Qubit. Photo : Flickr
Dans un laboratoire de l'Université de Yaleils sont créés à partir de circuits supraconducteurs refroidis à des températures 100 fois inférieures à celles de l’espace. Chaque qubit représente un ou zéro, ou, curieusement, un et zéro à la fois. Ce « parallélisme quantique » est l’une des propriétés qui permettent aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs. Potentiellement – plusieurs ordres de grandeur plus rapides que ce qui est possible sur les supercalculateurs classiques.
Quel est le problème avec l'informatique quantique ?
Cependant, les systèmes quantiques sont fragiles. Ils sont hantés par le phénomène fondamental de décohérence, un processus dans lequel les informations stockées dans les qubits perdent rapidement leurs propriétés quantiques en raison de leur interaction avec l'environnement. En termes simples, toute interférence de l’environnement extérieur interfère avec le fonctionnement de tels systèmes, les rendant impossibles. Cela empêche la mise en œuvre d’ordinateurs quantiques partout.
Il existe une solution, mais ce n'est pas si simple
Correction d'erreurs quantiques, qui est théoriquementdécouvert en 1995, offre un moyen de lutter contre cette décohérence. Il protège un bit quantique d'informations en le codant dans un système plus grand que celui généralement nécessaire pour représenter un seul qubit.
Processeur IBM 16 Qubit. Photo : Flickr
Cependant, ce système plus vaste a un impactl’environnement est encore plus agressif et le qubit codé est plus fragile. En raison de cet effet et des complications associées aux composants supplémentaires de correction d’erreurs, ce processus n’a pas prolongé la durée de vie du bit quantique dans la pratique. Les chercheurs affirment qu’en fait, le seuil de rentabilité, même avec un qubit non corrigé, est un événement rare. Contrairement aux promesses théoriques, dans la plupart des expériences, la correction d’erreurs accélère la décohérence de l’information quantique.
Qu'ont fait les scientifiques ?
Au cours de l'expérience, les scientifiques ont montré pour la première foisque la redondance croissante du système, la détection active et la correction des erreurs quantiques assuraient une stabilité accrue de l’information quantique. « Notre expérience prouve que la correction d’erreurs quantiques est un outil réel et pratique. C’est bien plus qu’une simple démonstration du principe », explique le physicien.
Un groupe de scientifiques a réussi à plus que doubler la durée de vie de l’information quantique. Leur qubit de correction d'erreurs a duré 1,8 millisecondes : en informatique quantique, tout se passe rapidement.
Ils ont obtenu des résultats en utilisant du codelogiciel de correction d'erreurs, inventé en 2001. « Oui, dans notre domaine, il y a des délais entre les propositions théoriques et leur mise en pratique », explique Michael Devorette.
Illustration de qubits. Crédit : Université de Yale
Vladimir Sivak, l'auteur principal de l'article, a déclaré queLes performances ont été partiellement obtenues grâce à l’utilisation d’un agent d’apprentissage automatique. Il a personnalisé le processus de correction des erreurs pour améliorer le résultat.
« Il n’existe pas une seule percée quinous a permis d'obtenir ce résultat. En fait, il s’agit d’une combinaison de diverses technologies développées au cours des dernières années. Nous nous sommes combinés dans cette expérience", a expliqué un étudiant du laboratoire de Devoret, aujourd'hui chercheur chez Google.
Pourquoi est-ce si important ?
Le succès pratique de l’informatique quantique dépendradépendent de la capacité à créer des bits quantiques de très haute qualité à l’aide de la correction d’erreurs quantiques. Une nouvelle expérience confirme une hypothèse fondamentale concernant l'informatique quantique : En doublant la durée de vie d’un qubit, les chercheurs ont prouvé une théorie clé de la physique quantique. "C'est très encourageant", concluent les auteurs de l'étude.
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Illustration de la couverture : Geralt