Une étape importante franchie dans la correction d'erreurs quantiques
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont réussi pour la première fois à corriger en continu et rapidement des erreurs dans des systèmes quantiques numériques. Ils ont ainsi surmonté un obstacle important à la réalisation d'un ordinateur quantique utilisable dans la pratique.
Les ordinateurs quantiques sont considérés comme porteurs d'espoir pour le traitement futur de l'information. Mais il n'est pas certain qu'ils puissent un jour remplacer les ordinateurs traditionnels, car les ordinateurs quantiques présentent un problème : ils sont extrêmement sensibles aux erreurs et la correction des erreurs est très exigeante.
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont désormais réussi à surmonter un obstacle important : ils ont pu pour la première fois corriger automatiquement des erreurs dans des systèmes quantiques au point que les résultats des opérations quantiques puissent être utilisés dans la pratique. "La preuve qu'il est possible de corriger rapidement et de manière répétée les erreurs dans un ordinateur quantique fonctionnant avec des bits quantiques (qubits) est une percée sur la voie d'un ordinateur quantique utilisable dans la pratique", déclare Andreas Wallraff, professeur au Département de physique et directeur du Quantum Center de l'ETH Zurich. Les scientifiques viennent de publier la publication correspondante sous forme de page externePreprint publié sur ArXiv.org et soumis pour publication à une revue spécialisée.
Disposition raffinée des qubits
Jusqu'à présent, les méthodes de correction d'erreurs ne pouvaient détecter et corriger qu'un seul des deux types d'erreurs fondamentales qui se produisent dans les systèmes quantiques. L'équipe d'Andreas Wallraff présente aujourd'hui le premier système capable de détecter et de corriger les deux types d'erreurs de manière répétée. Les chercheurs sont parvenus à ce succès important gr?ce à une puce fabriquée spécialement dans la salle blanche de l'ETH Zurich, sur laquelle se trouvent au total 17 qubits supraconducteurs. L'équipe de recherche a réalisé la correction des erreurs à l'aide du "code de surface", une méthode qui consiste à répartir l'information quantique d'un qubit sur plusieurs qubits physiques.
Neuf des 17 qubits qui se trouvent sur la puce sont disposés dans une grille carrée trois par trois et forment ensemble ce que l'on appelle un qubit logique - l'unité de calcul pour un ordinateur quantique. Les huit qubits restants sur la puce sont décalés par rapport à eux. Leur t?che est de détecter les erreurs dans le système.
Si une perturbation se produit dans le qubit logique, ce qui fausse l'information, le système reconna?t cette perturbation comme une erreur. L'électronique de commande corrige alors le signal de mesure en conséquence. "Pour le moment, nous ne corrigeons pas encore les erreurs directement dans les qubits", fait remarquer Sebastian Krinner, scientifique du groupe de Wallraff et premier auteur de l'étude avec Nathan Lacroix. "Mais pour la plupart des opérations de calcul, ce n'est pas non plus nécessaire".
L'électronique hautement spécialisée qui permet de piloter les qubits sur la puce a été fabriquée par le spin-off de l'ETH Zurich Instruments. La puce elle-même se trouve au niveau le plus bas d'un grand cryostat - un appareil de refroidissement spécial - et fonctionne à une température d'à peine 0,01 kelvin, soit juste au-dessus du zéro absolu.
Domaine de recherche compétitif
La correction d'erreurs est actuellement un domaine très disputé dans la recherche quantique. Outre les hautes écoles polytechniques comme l'ETH Zurich ou l'Université technique de Delft, de grands groupes comme Google ou IBM participent à cette compétition. "Le fait que nous ayons réussi, avec nos collègues d'Allemagne et du Canada, à être le premier groupe à réaliser une correction d'erreurs pratique avec des qubits nous remplit de fierté", déclare Wallraff. "Cela confirme qu'à l'ETH Zurich, nous jouons vraiment dans la cour des grands de la recherche quantique".
Dans une prochaine étape, les chercheurs de l'ETH veulent maintenant construire une puce avec une grille de cinq fois cinq qubits, qui nécessite une technique proportionnellement plus complexe et devrait également contenir plus de qubits pour la correction des erreurs.
Références
Krinner, S et al : page externeRéalisation d'une correction d'erreur quantique répétée dans un code de surface à trois distances, téléchargé le7.12.2021 sur Arxiv.org (manuscrit non encore évalué)