Le « Journal Club » d'IQT est une série d'articles hebdomadaires qui analysent un récent document de recherche sur la technologie quantique et discutent de ses impacts sur l'écosystème quantique. Cette semaine se concentre sur les sujets très discutés Papier nature publié par des chercheurs de l'Université Harvard, du MIT, de l'Université du Maryland/NIST et de QuEra, portant sur la correction d'erreurs, qui « a démontré avec succès des portes intriquantes de deux qubits avec une fidélité sans précédent de 99.5 % sur 60 qubits d'atomes neutres en parallèle », comme le dit la presse. sortie récemment annoncée. 

Le domaine de l’informatique quantique est sur le point de faire une percée, grâce à un développement récent dans le domaine de la correction d’erreurs quantiques et des processeurs quantiques logiques. Ce nouvelle étude publié par des chercheurs de certains des plus grands acteurs clés de la technologie quantique (MIT, Harvard University, NIST/University of Maryland et QuEra) annonce une avancée significative dans la résolution de l'un des défis les plus redoutables de l'informatique quantique : la correction d'erreurs dans les systèmes à grande échelle.

L’importance de la correction des erreurs quantiques

L’informatique quantique promet de surpasser les ordinateurs classiques dans la résolution de problèmes complexes spécifiques. Cependant, pour exploiter ce potentiel à grande échelle, il faut un taux d’erreurs de porte exceptionnellement faible, un objectif difficile à atteindre avec des dispositifs physiques. La solution réside dans la correction d'erreurs quantiques (QEC), qui consiste à répartir les informations d'un qubit logique sur plusieurs qubits physiques redondants. Cette redondance permet au système de maintenir son intégrité même en cas de défaillance de certains qubits physiques. Théoriquement, cela signifie qu’avec suffisamment de qubits et des taux d’erreur physiques suffisamment faibles, un qubit logique peut fonctionner avec une haute fidélité, ouvrant la voie à des algorithmes à grande échelle.

Malgré son attrait conceptuel, la mise en œuvre d’une QEC utile dans la pratique comporte son propre ensemble de défis. Ceux-ci incluent la surcharge importante liée au nombre de qubits physiques nécessaires et la complexité des opérations de porte entre les degrés de liberté logiques délocalisés.

La configuration du processeur quantique

Cette nouvelle étude présente un processeur quantique programmable qui surmonte ces obstacles. Le processeur est basé sur un contrôle de niveau logique sur des qubits logiques dans des réseaux d'atomes neutres reconfigurables. Il comporte jusqu'à 280 qubits physiques et démontre divers aspects clés de QEC, notamment la mise à l'échelle de codes volumineux, la tolérance aux pannes et la mise en œuvre de circuits complexes.

L'architecture de ce processeur logique est particulièrement ingénieuse. Il est segmenté en trois zones : une zone de stockage pour le stockage dense des qubits, une zone d'intrication pour le codage des qubits logiques et les opérations de porte, et une zone de lecture pour la lecture à mi-circuit des qubits logiques ou physiques. Cette conception permet un contrôle efficace et minimise les erreurs de porte intriquées, ce qui est crucial pour maintenir la cohérence tout au long du processus de calcul.

Les résultats de la correction des erreurs

L'une des réalisations remarquables de ce processeur est la démonstration réussie d'une porte logique à deux qubits avec des performances améliorées grâce à la mise à l'échelle de la distance du code de surface. Il a également permis la création, tolérante aux pannes, d'états logiques GHZ (un état quantique spécial dans lequel plusieurs particules sont connectées de telle manière que l'état de chaque particule ne peut pas être décrit indépendamment des autres, quelle que soit leur distance). téléportation par intrication et fonctionnement de 40 qubits de code couleur. Dans des démonstrations plus complexes, le processeur a réalisé des circuits d'échantillonnage avec jusqu'à 48 qubits logiques intriqués avec une connectivité hypercube, démontrant que le codage logique améliore considérablement les performances algorithmiques.

Ces avancées ne sont pas seulement des prouesses théoriques. Ils représentent une application pratique dans les premiers calculs quantiques à correction d’erreurs et ouvrent la voie à des processeurs logiques à grande échelle. Ce développement est très important pour la technologie quantique, car il montre un moyen viable de faire évoluer l’informatique quantique tout en gérant efficacement les erreurs. Les implications sont énormes et pourraient nous rapprocher de la réalisation d’ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes bien au-delà de la portée de l’informatique classique.

Kenna Hughes-Castleberry est rédactrice en chef d'Inside Quantum Technology et responsable de la communication scientifique chez JILA (un partenariat entre l'Université du Colorado à Boulder et le NIST). Ses domaines d'écriture incluent la technologie profonde, l'informatique quantique et l'IA. Son travail a été présenté dans Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica, etc.

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