Les scientifiques de Google ont créé un nouveau processeur quantique qui, en cinq minutes, a résolu un problème qui aurait pris 10 sept milliards d’années au meilleur superordinateur du monde pour le résoudre. Cette avancée permettra aux ordinateurs quantiques de devenir moins sujets aux erreurs à mesure qu’ils grandissent, franchissant ainsi une étape qui surmonte un obstacle de plusieurs décennies.
Ordinateurs quantiques sont intrinsèquement « bruyants », ce qui signifie que, sans technologies de correction d’erreurs, une personne sur 1 000 qubits – les éléments fondamentaux d’un ordinateur quan – échoue.
Cela signifie également que les temps de cohérence (la durée pendant laquelle les qubits peuvent rester en superposition afin de pouvoir traiter les calculs en parallèle) restent courts. En revanche, chaque un bit sur 1 milliard échoue dans les ordinateurs conventionnels.
Ce taux d’erreur élevé est l’un des principaux obstacles à la mise à l’échelle de ces machines afin qu’elles soient suffisamment performantes pour fonctionner bien mieux que les supercalculateurs les plus rapides. C’est pourquoi la recherche s’est concentrée sur la construction d’ordinateurs quantiques dotés de qubits meilleurs et moins sujets aux erreurs – pas simplement plus –.
Google dit que c’est nouveau unité de traitement quantique (QPU)surnommé « Willow », est le premier au monde à obtenir des résultats « inférieurs au seuil » – une étape importante décrite par un informaticien. Peter Shor dans un article de 1995. L’équipe a présenté la technologie dans une étude publiée le 9 décembre dans la revue Nature.
Résoudre un problème posé il y a des décennies
La percée – atteindre ce jalon « en dessous du seuil » – signifie que les erreurs dans un ordinateur quantique réduiront de façon exponentielle à mesure que vous ajoutez plus de données physiques. qubits. Il trace la voie à suivre pour développer les machines quantiques à l’avenir.
La technologie repose sur des qubits logiques. Il s’agit d’un qubit codé à l’aide d’une collection de qubits physiques dans une formation en réseau. Tous les qubits physiques d’un seul qubit logique partagent les mêmes données, ce qui signifie que si l’un des qubits échoue, les calculs se poursuivent car les informations peuvent toujours être trouvées dans le qubit logique.
Les scientifiques de Google ont construit des qubits suffisamment fiables pour réduire les erreurs de manière exponentielle en effectuant plusieurs changements. Ils ont amélioré les protocoles d’étalonnage, les techniques d’apprentissage automatique pour identifier les erreurs et les méthodes de fabrication des appareils. Plus important encore, ils ont amélioré les temps de cohérence tout en conservant la possibilité d’ajuster les qubits physiques pour obtenir les meilleures performances.
« Ce que nous avons réussi à faire en matière de correction d’erreur quantique est une étape très importante – pour la communauté scientifique et pour l’avenir de l’informatique quantique – qui consiste à montrer que nous pouvons créer un système qui fonctionne en dessous du niveau de correction d’erreur quantique. seuil, » Julien Kellydirecteur du matériel quantique de Google Quantum AI, a déclaré à Live Science.
Cette tâche difficile nécessite de supprimer plus d’erreurs d’un système qu’il n’en est introduit. En dessous de ce seuil, les scientifiques peuvent faire évoluer un ordinateur quantique pour qu’il soit de plus en plus grand, et les erreurs continueront de diminuer, a expliqué Kelly.
« Cela représente un défi exceptionnel depuis 30 ans, depuis que l’idée de la correction des erreurs quantiques a été conçue au milieu des années 90 », a déclaré Kelly.
Des résultats époustouflants pour l’informatique quantique
Les chercheurs de Google ont testé Willow par rapport à la référence RCS (random circuit sampling), qui est désormais une mesure standard pour évaluer les puces informatiques quantiques. Lors de ces tests, Willow a effectué un calcul en moins de cinq minutes, ce qui aurait pris les supercalculateurs les plus rapides d’aujourd’hui 10 sept milliards d’années. C’est près d’un quadrillion de fois plus long que l’âge de l’univers.
La première édition du Willow QPU peut également atteindre un temps de cohérence de près de 100 microsecondes, ce qui est cinq fois meilleur que celui de la précédente puce Sycamore de Google.
Google a annoncé pour la première fois que Sycamore avait passé le benchmark RCS en 2019lorsque les scientifiques ont utilisé la puce pour résoudre un problème qu’il aurait fallu 10 000 ans à un superordinateur classique pour calculer. En juillet, un nouvel ordinateur quantique construit par Quantinuum a battu ce record 100 fois.
Puis, en octobre, Google a de nouveau annoncé avoir découvert une nouvelle « phase quantique » lors de l’utilisation de Sycamore pour traiter des calculs, ce qui signifie que les meilleurs QPU d’aujourd’hui peuvent pour la première fois surpasser les supercalculateurs les plus rapides dans des applications pratiques.
« Les temps de cohérence sont désormais beaucoup plus élevés qu’avant, et nous nous traduisons immédiatement par une réduction de tous les taux d’erreur d’opération physique d’un facteur deux environ », a déclaré Kelly.
« Donc, tous les qubits sous-jacents se sont améliorés d’un facteur deux environ dans tout ce qu’ils font. Si vous regardez le taux d’erreur logique entre ce nouveau processeur et Sycamore, il y a une différence d’environ un facteur 20 – et cela vient de la mise à l’échelle, mais poussant également en dessous du seuil.
Regarder au-delà du « sous le seuil »
Les scientifiques de Google cherchent désormais à démontrer calculs utiles et pratiques pour les puces quantiques d’aujourd’hui, plutôt que de s’appuyer sur des analyses comparatives.
Dans le passé, l’équipe a effectué des simulations de systèmes quantiques qui ont conduit à des découvertes et des percées scientifiques, a déclaré Kelly à Live Science.
Un exemple consiste à découvrir des écarts par rapport aux lois supposées de la physique. Mais ces résultats étaient encore à la portée des ordinateurs classiques les plus puissants.
Ensuite, l’équipe souhaite créer un « très, très bon qubit logique » avec un taux d’erreur d’un sur 1 million. Pour construire cela, ils auraient besoin d’assembler 1 457 qubits physiques, ont-ils déclaré.
Ce domaine est difficile car il est impossible d’y parvenir en utilisant uniquement du matériel physique – vous auriez besoin d’une technologie de correction d’erreurs superposée. Les scientifiques souhaitent ensuite connecter des qubits logiques pour obtenir de meilleures performances que les superordinateurs dans les analyses comparatives ainsi que dans les scénarios du monde réel.
