L'informatique quantique relève son plus grand défi : le bruit
Selon un article de la MIT Technology Review, au cours des 20 dernières années, des centaines d'entreprises, dont des géants comme Google, Microsoft et IBM, se sont positionnées dans la course vers l'informatique quantique. Les investisseurs y ont déjà investi plus de 5 milliards de dollars américains. Tous ces efforts n'ont qu'un seul objectif : créer la prochaine grande nouveauté mondiale.
En fin de compte, cependant, l'évaluation des progrès dans la construction d'ordinateurs quantiques utiles se résume à un facteur central : la capacité à gérer le bruit. La nature délicate des systèmes quantiques les rend extrêmement vulnérables à la moindre perturbation, qu'il s'agisse d'un photon parasite créé par la chaleur, d'un signal aléatoire provenant de l'électronique environnante ou d'une vibration physique. Ce bruit fait des ravages, génère des erreurs, voire stoppe net un calcul quantique. À moins que le bruit ne puisse être maîtrisé, un ordinateur quantique ne dépassera jamais ce qu'un ordinateur classique peut faire.
Au cours des dernières années, des avancées théoriques et expérimentales ont permis aux chercheurs d'affirmer que le problème du bruit pourrait enfin être résolu. Une combinaison de stratégies matérielles et logicielles s'avère prometteuse pour supprimer, atténuer et nettoyer les erreurs quantiques. Ce n'est pas une approche particulièrement élégante, mais il semble que cela pourrait fonctionner – et plus tôt que prévu.
D'une manière générale, les solutions peuvent être classées en trois catégories.
- La couche de base est la suppression des erreurs
Cela fonctionne grâce à des logiciels classiques et des algorithmes d'apprentissage automatique, qui analysent en permanence le comportement des circuits et des qubits, puis reconfigurent la conception du circuit et la manière dont les instructions sont données afin que les informations contenues dans les qubits soient mieux protégées. Il s'agit de l'une des choses sur lesquelles travaille la société Q-CTRL. Selon l'entreprise, la suppression peut rendre les algorithmes quantiques 1 000 fois plus susceptibles de produire une réponse correcte. - La couche suivante est l'atténuation des erreurs
Toutes les erreurs ne provoquent pas l'échec d'un calcul; beaucoup d'entre elles feront simplement dérailler le calcul. En examinant les erreurs créées par le bruit dans un système particulier exécutant un algorithme particulier, les chercheurs peuvent appliquer une sorte d'« anti-bruit » au circuit quantique afin de réduire les risques d'erreurs lors du calcul et de la sortie. Cette technique, qui s'apparente au fonctionnement d'un casque antibruit, n'est pas une solution parfaite. - En plus de tout cela, il y a une liste croissante de réalisations dans le domaine de la « correction d'erreurs quantiques », ou QEC
Au lieu de contenir l'information d'un qubit dans un seul qubit, la QEC l'encode dans les états quantiques d'un ensemble de qubits. Une erreur induite par le bruit dans l'un d'entre eux n'est pas aussi catastrophique qu'elle le serait si les informations étaient détenues par un seul qubit : en surveillant chacun des qubits supplémentaires, il est possible de détecter tout changement et de le corriger avant que les informations ne deviennent inutilisables.
Selon un article de la MIT Technology Review, au cours des 20 dernières années, des centaines d'entreprises, dont des géants comme Google, Microsoft et IBM, se sont positionnées dans la course vers l'informatique quantique. Les investisseurs y ont déjà investi plus de 5 milliards de dollars américains. Tous ces efforts n'ont qu'un seul objectif : créer la prochaine grande nouveauté mondiale.
En fin de compte, cependant, l'évaluation des progrès dans la construction d'ordinateurs quantiques utiles se résume à un facteur central : la capacité à gérer le bruit. La nature délicate des systèmes quantiques les rend extrêmement vulnérables à la moindre perturbation, qu'il s'agisse d'un photon parasite créé par la chaleur, d'un signal aléatoire provenant de l'électronique environnante ou d'une vibration physique. Ce bruit fait des ravages, génère des erreurs, voire stoppe net un calcul quantique. À moins que le bruit ne puisse être maîtrisé, un ordinateur quantique ne dépassera jamais ce qu'un ordinateur classique peut faire.
Au cours des dernières années, des avancées théoriques et expérimentales ont permis aux chercheurs d'affirmer que le problème du bruit pourrait enfin être résolu. Une combinaison de stratégies matérielles et logicielles s'avère prometteuse pour supprimer, atténuer et nettoyer les erreurs quantiques. Ce n'est pas une approche particulièrement élégante, mais il semble que cela pourrait fonctionner – et plus tôt que prévu.
D'une manière générale, les solutions peuvent être classées en trois catégories.
- La couche de base est la suppression des erreurs
Cela fonctionne grâce à des logiciels classiques et des algorithmes d'apprentissage automatique, qui analysent en permanence le comportement des circuits et des qubits, puis reconfigurent la conception du circuit et la manière dont les instructions sont données afin que les informations contenues dans les qubits soient mieux protégées. Il s'agit de l'une des choses sur lesquelles travaille la société Q-CTRL. Selon l'entreprise, la suppression peut rendre les algorithmes quantiques 1 000 fois plus susceptibles de produire une réponse correcte. - La couche suivante est l'atténuation des erreurs
Toutes les erreurs ne provoquent pas l'échec d'un calcul; beaucoup d'entre elles feront simplement dérailler le calcul. En examinant les erreurs créées par le bruit dans un système particulier exécutant un algorithme particulier, les chercheurs peuvent appliquer une sorte d'« anti-bruit » au circuit quantique afin de réduire les risques d'erreurs lors du calcul et de la sortie. Cette technique, qui s'apparente au fonctionnement d'un casque antibruit, n'est pas une solution parfaite. - En plus de tout cela, il y a une liste croissante de réalisations dans le domaine de la « correction d'erreurs quantiques », ou QEC
Au lieu de contenir l'information d'un qubit dans un seul qubit, la QEC l'encode dans les états quantiques d'un ensemble de qubits. Une erreur induite par le bruit dans l'un d'entre eux n'est pas aussi catastrophique qu'elle le serait si les informations étaient détenues par un seul qubit : en surveillant chacun des qubits supplémentaires, il est possible de détecter tout changement et de le corriger avant que les informations ne deviennent inutilisables.