Google réalise une percée en informatique quantique : réduction du taux d'erreur de 40 fois, surmontant un goulot d'étranglement clé des ressources

Cette percée, si elle peut être étendue avec succès, réduira considérablement l'échelle matérielle nécessaire à la construction de systèmes quantiques tolérants aux pannes, ce qui est d'une grande importance pour la commercialisation de l'informatique quantique.

Rédaction : Yang Chen, Wall Street Journal

L'équipe d'IA quantique de Google a réalisé des progrès clés dans le domaine de l'informatique quantique, avec l'espoir de réduire considérablement le coût matériel nécessaire à la construction de systèmes quantiques pratiques.

Une étude connexe a été publiée jeudi dans la revue « Science ». Google a validé sur son processeur Willow une technique appelée « culture d'état magique » (magic state cultivation), réduisant le taux d'erreur quantique d'environ 40 fois, avec une fidélité logique T atteignant 99,99 %. C'est le record le plus élevé jamais enregistré dans ce domaine.

La production d'état magique a longtemps été considérée comme un goulot d'étranglement central à la mise à l'échelle de l'informatique quantique - on estime que jusqu'à 95 % de la puissance de calcul des ordinateurs quantiques pourrait être nécessaire pour générer des états magiques, laissant des ressources très limitées pour les calculs réels.

Si cette percée peut être étendue avec succès, elle réduira considérablement l'échelle matérielle nécessaire à la construction de systèmes quantiques tolérants aux pannes, ce qui est d'une grande importance pour le chemin de commercialisation de l'informatique quantique.

Google a également déclaré qu'il était encore nécessaire de valider la faisabilité de cette technologie à une plus grande échelle, et qu'il restait encore un certain chemin avant l'informatique quantique pratique.

À la date de publication, l'action de Google a augmenté de 0,24 % jeudi.

État magique : le trou noir des ressources en informatique quantique

L'état magique est un élément clé pour réaliser l'informatique quantique « universelle ». Pour qu'un processeur quantique puisse exécuter des calculs complexes dépassant ceux des ordinateurs classiques, il doit s'appuyer sur des états magiques pour générer l'ensemble des opérations quantiques nécessaires. Cependant, une fois utilisé, l'état magique ne peut pas être réutilisé, ce qui en fait une ressource rare.

Le plus grand défi réside dans le coût de production. Certaines estimations de recherche montrent que les ordinateurs quantiques pourraient avoir besoin d'utiliser jusqu'à 95 % de leur puissance de calcul totale pour la production d'états magiques, laissant des ressources très limitées pour les tâches de calcul réelles.

Ce goulot d'étranglement a été prévu par les chercheurs depuis 2004, et au cours des vingt dernières années, la communauté scientifique a continué à explorer des moyens de réduire le coût de production des états magiques, mais les progrès ont été lents.

Proposition d'un plan de culture d'état magique, amélioration significative de l'efficacité des ressources

En 2024, les chercheurs en IA quantique de Google, Craig Gidney, Noah Shutty et Cody Jones, ont proposé un plan de culture d'état magique basé sur la littérature existante.

L'idée centrale est de concevoir le processus de production d'état magique comme un mécanisme de filtrage : injecter des états quantiques bruités dans une petite zone d'une puce, puis détecter et éliminer les tentatives défectueuses à l'aide d'une série d'opérations de mesure hautement coordonnées, afin de « cultiver » des états quantiques de haute pureté et de faible taux d'erreur, tout en les codant simultanément sous une forme utilisable à plus grande échelle.

Cependant, le passage de la théorie à la mise en œuvre matérielle n'a pas été sans obstacles. La scientifique de recherche Emma Rosenfeld a continuellement obtenu des données « semblant contredire les lois de la physique » lors des tests initiaux.

Après des mois d'enquête, l'équipe a découvert que la racine du problème résidait dans une hypothèse erronée dans la technologie de référence de mesure - le bruit causé par le dérive des équipements électriques dans le laboratoire et les variations de température perturbait l'efficacité des tests de référence.

Pour cela, l'équipe a non seulement ajouté un contrôle supplémentaire au système pour atténuer l'impact du bruit, mais a également inventé une nouvelle technique de test de référence, utilisant le processus de culture lui-même comme un outil d'auto-calibrage.

Fidélité et erreurs battent tous les records

Sur le processeur Willow, le plan susmentionné a finalement réalisé une réduction du taux d'erreur d'environ 40 fois par rapport aux états quantiques non cultivés, avec une fidélité logique T atteignant 99,99 %, établissant un nouveau record dans ce domaine.

L'équipe de Google a également réalisé une autre démonstration importante : vérifier que les états magiques cultivés peuvent être transférés avec succès entre deux schémas de correction d'erreurs quantiques différents - plus précisément, transférer l'état quantique d'un code de couleur de distance -3 (color code, une méthode de correction d'erreurs plus récente adaptée aux opérations de culture) vers un code de surface de distance -5 (surface code, une méthode de correction d'erreurs plus mature).

Cette opération de « greffe » prouve que les états quantiques purifiés peuvent survivre de manière stable à l'intérieur du matériel et être transférés avec succès, ouvrant la voie à l'intégration de la technologie de culture d'état magique dans l'architecture quantique existante de Google.

Bien que ces progrès aient été réalisés, Google a clairement indiqué que la technologie de culture d'état magique doit encore être validée à une plus grande échelle avant de pouvoir être réellement appliquée à des tâches d'informatique quantique pratiques, et de nombreux défis techniques demeurent.

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