Steve Brierley soutient que les ordinateurs quantiques doivent mettre en œuvre des techniques complètes de correction d’erreurs avant de pouvoir devenir pleinement utiles à la société
« Il n’existe aucun argument convaincant indiquant que des applications commercialement viables seront trouvées n' utiliser des codes de correction d’erreurs quantiques et une informatique quantique tolérante aux pannes. C'est ce qu'a déclaré le physicien de Caltech, John Preskill, lors d'une conférence à la fin de 2023 lors de la réunion Q2B23 en Californie. En termes simples, quiconque souhaite construire un ordinateur quantique pratique devra trouver un moyen de gérer les erreurs.
Les ordinateurs quantiques sont de plus en plus puissants, mais leurs éléments fondamentaux – les bits quantiques, ou qubits – sont très sujets aux erreurs, ce qui limite leur utilisation généralisée. Il ne suffit pas de simplement construire des ordinateurs quantiques dotés de qubits plus nombreux et de meilleure qualité. Libérer tout le potentiel des applications d’informatique quantique nécessitera de nouveaux outils matériels et logiciels capables de contrôler des qubits intrinsèquement instables et de corriger de manière complète les erreurs système 10 milliards de fois ou plus par seconde.
Les paroles de Preskill annonçaient essentiellement l'aube de ce qu'on appelle Correction d'erreur quantique (SÉQ). SÉQ Ce n’est pas une idée nouvelle et les entreprises développent depuis de nombreuses années des technologies pour protéger les informations stockées dans les qubits contre les erreurs et la décohérence causées par le bruit. Ce qui est nouveau, cependant, c'est d'abandonner l'idée selon laquelle les dispositifs bruyants à échelle intermédiaire (NISQ) d'aujourd'hui pourraient surpasser les supercalculateurs classiques et exécuter des applications qui sont actuellement impossibles.
Bien sûr, le NISQ – un terme inventé par Preskill – a été un tremplin important sur le chemin vers la tolérance aux pannes. Mais l’industrie quantique, les investisseurs et les gouvernements doivent désormais comprendre que la correction des erreurs constitue le défi majeur de l’informatique quantique.
Une question de temps
La SÉQ a déjà connu des progrès sans précédent au cours de la dernière année seulement. En 2023 Google a démontré qu'un système à 17 qubits pouvait récupérer d'une seule erreur et un système à 49 qubits à partir de deux erreurs (Nature 614 676). Amazon a publié une puce qui supprimait les erreurs 100 fois, tandis que Scientifiques IBM découvert un nouveau système de correction d'erreurs qui fonctionne avec 10 fois moins de qubits (arXiv: 2308.07915). Puis, à la fin de l'année, Quera, une entreprise dérivée du secteur quantique de l'Université Harvard, a produit le plus grand nombre de qubits corrigés des erreurs .
Le décodage, qui transforme de nombreux qubits physiques peu fiables en un ou plusieurs qubits « logiques » fiables, est une technologie de base du QEC. En effet, les ordinateurs quantiques à grande échelle généreront des téraoctets de données chaque seconde qui devront être décodés aussi vite qu'ils sont acquis pour empêcher la propagation des erreurs et rendre les calculs inutiles. Si nous ne décodons pas assez vite, nous serons confrontés à un arriéré de données en croissance exponentielle.
La stratégie quantique nationale du Royaume-Uni est un plan auquel nous pouvons tous croire
Ma propre entreprise – Riverlane – lancée l’année dernière le décodeur quantique le plus puissant au monde. Notre décodeur résout ce problème de retard, mais il reste encore encore beaucoup de travail à faire. La société développe actuellement des « décodeurs de streaming » capables de traiter des flux continus de résultats de mesure dès leur arrivée, et non une fois l'expérience terminée. Une fois cet objectif atteint, il reste encore du travail à faire. Et les décodeurs ne sont qu’un aspect du QEC : nous avons également besoin de « systèmes de contrôle » de haute précision et à grande vitesse pour lire et écrire les qubits.
À mesure que les ordinateurs quantiques continuent d’évoluer, ces systèmes de décodeur et de contrôle doivent fonctionner ensemble pour produire des qubits logiques sans erreur et, d’ici 2026, Riverlane vise à construire un décodeur adaptatif ou en temps réel. Les machines actuelles ne sont capables d'effectuer que quelques centaines d'opérations sans erreur, mais les développements futurs fonctionneront avec des ordinateurs quantiques capables de traiter un million d'opérations quantiques sans erreur (connues sous le nom de MegaQuOp).
Riverlane n'est pas le seul à se lancer dans de tels efforts et d'autres sociétés quantiques donnent désormais la priorité à la QEC. IBM n'a pas travaillé auparavant sur la technologie QEC, se concentrant plutôt sur des qubits plus nombreux et de meilleure qualité. Mais l'entreprise Feuille de route quantique 2033 déclare qu'IBM vise à construire d'ici la fin de la décennie une machine de 1000 XNUMX qubits capable d'effectuer des calculs utiles, tels que la simulation du fonctionnement des molécules catalytiques.
Quera, quant à elle, a récemment dévoilé sa feuille de route qui donne également la priorité à la QEC, tandis que le La stratégie quantique nationale du Royaume-Uni vise à construire des ordinateurs quantiques capables d’exécuter un billion d’opérations sans erreur (TeraQuOps) d’ici 2035. D’autres pays ont publié des plans similaires et un objectif pour 2035 semble réalisable, en partie parce que la communauté de l’informatique quantique commence à viser des solutions plus petites et progressives – mais des objectifs tout aussi ambitieux.
Préparer le terrain pour un marché quantique : où en est l'entreprise quantique et comment elle pourrait se dérouler
Ce qui me passionne vraiment dans la stratégie quantique nationale du Royaume-Uni, c'est l'objectif d'avoir une machine MegaQuOp d'ici 2028. Encore une fois, c'est un objectif réaliste – en fait, je dirais même que nous atteindrons le régime MegaQuOp plus tôt, c'est pourquoi La solution QEC de Riverlane, Deltaflow, sera prête à fonctionner avec ces machines MegaQuOp d'ici 2026. Nous n'avons pas besoin d'une physique radicalement nouvelle pour construire un ordinateur quantique MegaQuOp – et une telle machine nous aidera à mieux comprendre et profiler les erreurs quantiques.
Une fois que nous avons compris ces erreurs, nous pouvons commencer à les corriger et passer aux machines TeraQuOp. Le TeraQuOp est également un objectif flottant – et dont les améliorations, tant au sein de la SÉQ qu’ailleurs, pourraient conduire à l’atteinte de l’objectif de 2035 quelques années plus tôt.
Ce n’est qu’une question de temps avant que les ordinateurs quantiques soient utiles à la société. Et maintenant que nous nous concentrons de manière coordonnée sur la correction des erreurs quantiques, nous atteindrons ce point critique le plus tôt possible.
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- La source: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
