Des chercheurs de Google Quantum AI affirment avoir franchi une nouvelle étape clé dans le développement des ordinateurs quantiques. Ils sont en effet parvenus à réduire le taux d’erreur auquel est sujette cette technologie, et ont détaillé leur expérience dans la revue Nature.

Les ordinateurs quantiques sont sujets à l’erreur

L’informatique quantique est une technologie au potentiel immense, qu’il est même difficile d’imaginer aujourd’hui, car les machines quantiques sont capables de réaliser des calculs quasiment irrésolvables pour des ordinateurs classiques en seulement quelques secondes. Néanmoins, il existe encore de nombreuses barrières pour pouvoir l’exploiter pleinement. L’une d’entre elles, et probablement la plus importante, est le fait que les ordinateurs quantiques sont sujets à l’erreur, et cela s’explique par leur nature.

Contrairement aux ordinateurs classiques qui traitent des bits, les machines quantiques fonctionnent avec des qubits, ces derniers peuvent exister dans plusieurs états simultanément, être 0 et 1 au même moment. Cette propriété signifie qu’un ordinateur quantique peut traiter simultanément un nombre énorme de résultats potentiels, mais ils sont affectés par un problème baptisé décohérence quantique.

Pour faire simple, les qubits perdent leurs informations lorsqu’ils quittent leur état quantique et entrent en contact avec le monde extérieur. Cela entraîne des taux d’erreur élevés. La résolution de ce problème est incontournable pour que les ordinateurs quantiques puissent solutionner des calculs qui sont hors de portée des machines classiques.

Des scientifiques ont développé des techniques de corrections d’erreurs quantiques, notamment la création de qubits logiques : un assemblage de qubits physiques qui permet la correction des erreurs dues à la décohérence quantique, mais avec des résultats pas assez significatifs. Avec cela en tête, Google a mené une expérience qui lui permet désormais d’affirmer qu’il est « possible de réduire les erreurs en augmentant le nombre de qubits », écrit Sundar Pichai, le PDG de la firme de Mountain View, dans un billet de blog.

Malgré l’importance de cette expérience, Google reste prudente

Les chercheurs ont ainsi réalisé deux versions d’une procédure de correction d’erreurs quantiques. La première, utilisant 17 qubits, était capable de corriger une erreur à la fois. Une version plus grande utilisait 49 qubits et pouvait récupérer deux erreurs simultanées ; les scientifiques de Google on alors observé une réduction de 4 % du taux d’erreur. Sundar Pichai détaille la procédure :

« La correction d’erreur quantique protège les informations en les codant sur plusieurs qubits physiques pour former un “qubit logique”. Elle est considérée comme le seul moyen de produire un ordinateur quantique à grande échelle avec des taux d’erreur suffisamment faibles pour des calculs utiles. Au lieu de calculer sur les qubits individuels eux-mêmes, nous calculerons ensuite sur des qubits logiques. En codant un nombre plus important de qubits physiques sur notre processeur quantique en un seul qubit logique, nous espérons réduire les taux d’erreur pour activer des algorithmes quantiques utiles ».

Google affirme qu’il s’agit de la première fois qu’un système expérimental utilisant un code correcteur d’erreurs peut détecter et corriger les erreurs sans affecter l’information. Malgré cette avancée significative, les scientifiques se montrent « prudents ». Selon eux, il y a encore une chance que leur technique de correction d’erreurs ne fonctionne pas lorsqu’elle est appliquée à des systèmes quantiques beaucoup plus grands, ce qui sera le cas à l’avenir.

Pour rappel, Google affirmait en 2019 avoir atteint la suprématie quantique, c’est-à-dire le moment où un ordinateur quantique est capable de réaliser des calculs impossibles à effectuer pour un ordinateur classique. Néanmoins, ses travaux ont été contestés par IBM, tandis que de nouvelles techniques de programmation ont été développées pour augmenter les performances des ordinateurs traditionnels, repoussant le moment où les fabricants de machines quantiques pourraient prétendre avoir atteint la suprématie.