Les chercheurs ont découvert un moyen d’accélérer correction d’erreur quantique (QEC) d’un facteur allant jusqu’à 100 – un bond qui pourrait réduire considérablement le temps nécessaire ordinateurs quantiques pour résoudre des problèmes complexes.
La technique, appelée tolérance algorithmique aux pannes (AFT), restructure les algorithmes quantiques afin qu’ils puissent détecter et corriger les erreurs à la volée, plutôt que de s’arrêter pour effectuer des vérifications à intervalles fixes.
Dans un e-mail adressé à Live Science, Yuval Bogerdirecteur commercial de QuEra, a déclaré que les résultats marquaient « une étape majeure sur la feuille de route vers des ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle », avec des tests matériels susceptibles d’avoir lieu « dans un an ou deux ».
« L’informatique quantique pratique et tolérante aux pannes nécessite à la fois un matériel évolutif et une correction d’erreur efficace. L’AFT aborde directement l’aspect efficacité en supprimant un goulot d’étranglement majeur », a déclaré Boger. « Bien que nous ne soyons pas encore parvenus à des systèmes totalement tolérants aux pannes, ce résultat fait avancer le calendrier de manière significative, montrant que l’énorme surcharge une fois assumée n’est pas inévitable. »
Qu’est-ce que l’informatique quantique tolérante aux pannes ?
Les ordinateurs quantiques peuvent théoriquement traiter les informations plus rapidement que même les supercalculateurs les plus puissants d’aujourd’huiqui sont eux-mêmes des ordres de grandeur plus puissants que un PC haut de gamme.
Le problème est que qubitsl’équivalent quantique des bits informatiques classiques, sont notoirement fragiles. Pour effectuer un calcul fiable, les qubits doivent maintenir un état quantique délicat, appelé « cohérence », suffisamment longtemps pour traiter les informations. Même la plus petite perturbation environnementale – qu’il s’agisse de chaleur, de bruit ou d’interférences électriques – peut perturber cet état. Lorsque cela se produit, toute information détenue par un qubit est détruite.
L’informatique quantique tolérante aux pannes permet aux systèmes quantiques d’exécuter des calculs plus longs et plus complexes sans être déraillés par des interférences. Il s’appuie généralement sur des technologies QEC telles que les qubits logiques, qui protègent les informations en partageant les mêmes données sur de nombreux qubits physiques, souvent atomesdes ions ou circuits supraconducteurs.
Étant donné que la mesure directe d’un qubit détruit directement son état quantique, QEC garantit que les erreurs peuvent être détectées et corrigées sans effondrer les informations codées. Cependant, cela ajoute également beaucoup de temps de calcul car cela implique l’insertion de contrôles d’erreurs à intervalles réguliers.
AFT fonctionne différemment, restructurant plutôt les algorithmes quantiques afin que la détection des erreurs soit intégrée au flux de calcul lui-même.
« Au lieu de nécessiter des dizaines de répétitions par opération, une seule vérification par étape logique peut suffire », a déclaré Boger à Live Science. « Il s’agit d’une avancée majeure car elle réduit considérablement les frais de correction d’erreurs, ce qui signifie que les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des calculs utiles avec beaucoup moins de matériel et des temps d’exécution beaucoup plus rapides. »
Pourquoi les systèmes AFT et à atomes neutres fonctionnent ensemble
Ordinateurs quantiques à atomes neutres pourrait être particulièrement bien adapté à l’AFT, ont déclaré les représentants de QuEra dans un communiqué. déclaration. Ceux-ci stockent des informations quantiques dans des atomes individuels qui sont maintenus en place et contrôlés par des faisceaux laser finement réglés, offrant une flexibilité intégrée qui permet de repositionner les qubits selon les besoins.
« Dans ces systèmes, n’importe quel atome peut être déplacé pour interagir avec n’importe quel autre, ce qui signifie qu’ils ne sont pas limités par un câblage fixe comme le sont les qubits supraconducteurs. Cette flexibilité « tout-à-tout » convient naturellement aux systèmes tolérants aux pannes », a déclaré Boger. Il a ajouté qu’ils prennent en charge les opérations parallèles, ce qui signifie que vous pouvez donner les mêmes instructions à plusieurs qubits à la fois. Si l’un d’eux commet une erreur, l’erreur est isolée et ne se propage pas dans le reste du système.
Machines à atomes neutres fonctionne également à température ambianteévitant ainsi la complexité et les coûts de refroidissement cryogénique extrême. « Dans l’ensemble (flexibilité, opérations simultanées et infrastructure plus simple), les atomes neutres sont particulièrement bien placés pour tirer parti de la tolérance aux pannes algorithmique, même si d’autres plates-formes peuvent également en bénéficier », a déclaré Boger.
Lorsque les chercheurs ont appliqué l’AFT aux simulations de l’architecture à atomes neutres de QuEra, ils ont constaté qu’il réduisait de 10 à 100 fois le temps et les ressources informatiques nécessaires à la correction des erreurs, selon l’algorithme.
Ce type d’accélération pourrait rendre les ordinateurs quantiques suffisamment rapides pour résoudre des problèmes du monde réel qui étaient auparavant considérés comme hors de portée, a déclaré Boger.
« Imaginez un algorithme pour optimiser les itinéraires mondiaux des conteneurs maritimes. Un tel algorithme d’optimisation pourrait nécessiter un mois d’exécution sur un futur ordinateur quantique à correction d’erreurs. Au moment où l’algorithme se termine, les conditions ont changé et les résultats ne sont donc plus utiles. Avec cette nouvelle méthode, le même calcul pourrait potentiellement être terminé en moins d’une journée, le faisant passer d’une utilité théorique à une utilité pratique. «
