Amazon Web Services (AWS) a lancé un prototype calcul quantique Chip qui est le premier au monde à être équipé de « Cat Qubits » résistants aux erreurs – Unités de base des informations informatiques quantiques inspirées du célèbre Cat de Schrödinger Expérience de pensée.
Le unité de traitement quantique (QPU), nommé « Ocelot », comprend cinq qubits de données, ou qubits de chat, pour stocker des informations; Cinq circuits tampons fabriqués à partir du tantalum supraconducteur pour stabiliser les qubits de chat; et quatre qubits supplémentaires pour détecter les erreurs qui se produisent pendant le traitement des données.
Ces composants internes sont divisés sur deux micropuces de silicium intégrées qui mesurent chacune environ 0,16 pouce carré (1 centimètre carré), ce qui rend l’appareil suffisamment petit pour s’adapter à la pointe de votre doigt.
La nouvelle architecture est conçue pour réduire considérablement le coût et l’énergie nécessaires pour réduire les erreurs qui se produisent naturellement dans les ordinateurs quantiques – un défi que les scientifiques essaient toujours de trouver une solution à (avec des progrès réalisés dans un Février 2024 étudier et un autre dans Avril de l’annéeentre autres).
De manière significative, les chercheurs ont déclaré que la nouvelle technologie pourrait réduire de façon exponentielle les erreurs car plus de qubits sont ajoutés aux futures versions de la puce. Ils ont décrit leurs résultats dans une nouvelle étude publiée le 26 février dans la revue Nature.
Baisser le bruit quantique
Parce que les qubits sont intrinsèquement « bruyants » – ce qui signifie qu’ils sont sensibles aux perturbations des vibrations, de la chaleur, de l’interférence électromagnétique et du rayonnement de l’espace – ils sont beaucoup plus sujets à l’échec que les bits classiques. Le taux d’erreur dans les bits classiques est de 1 million de millions sur 1 million, contre environ 1 sur 1 000 en Qubits. Ce taux d’erreur beaucoup plus élevé conduit souvent à l’effondrement de toute superposition quantique à mi-calcul et défaillances lorsque des calculs quantiques sont effectués.
Les deux types d’erreur sont des erreurs de flip bits, où la probabilité de mesurer 0 devient la probabilité de mesurer 1; et les erreurs de phase-flip, où un qubit tourne 180 degrés sur son axe vertical. Les erreurs de flip bits affectent à la fois les bits et les qubits, tandis que les erreurs de phase flip affectent uniquement les qubits. La nécessité de corriger les deux types d’erreur dans les systèmes quantiques nécessite des ressources importantes par rapport à la correction d’erreur dans l’informatique classique.
Pour cette raison, les scientifiques disent qu’un ordinateur quantique aurait besoin de millions de qubits avant de se rapprocher de la réalisation « suprématie quantique« – ce qui serait irréalisable en termes d’espace physique, d’énergie et de ressources nécessaires pour construire et gérer une telle machine hypothétique. C’est pourquoi davantage de recherches se concentrent sur la construction de qubits fiables intégrés aux technologies de correction d’erreurs.
Les « qubits logiques » – qui sont composés de plusieurs qubits physiques qui stockent les mêmes informations pour diffuser les points de défaillance – sont la méthode de correction d’erreur en vigueur. Les chercheurs de l’AWS, cependant, disent que sans autre amélioration du matériel, les approches actuelles ont un coût énorme et prohibitif, car ils auraient besoin de milliers de qubits physiques pour former un qubit logique capable d’atteindre de faibles taux d’erreur.
Ocelot, cependant, adopte le chat qubit Conception développée par la startup française Alice & Bob. Nommé d’après la célèbre expérience de pensée de chat de Schrödinger, ce qubit est conçu de telle manière qu’il est intrinsèquement résistant aux erreurs de flip bits.
Totage dans de nouveaux «Cat Qubits»
Contrairement aux qubits supraconducteurs conventionnels utilisés dans les machines construites par des goûts Ibm et Google qui peut réaliser une superposition de 1 et 0, Qubits de chat peut atteindre une double superposition de deux états quantiques simultanément. Les scientifiques d’Alice & Bob ont décrit comment cette technologie fonctionne dans un feuille de route et livre blanc publié en 2024.
Le Cat Qubit utilise une superposition quantique d’états classiques d’amplitude et de phase bien définies pour coder les informations. Il utilise des particules bosoniques spécifiquement pour coder les données – dans ce cas, photons ou particules de lumière.
Plus de l’énergie est pompée dans le système, plus les photons sont créés et plus les amplitudes, ou les états d’oscillateur sont accessibles, ce qui protège mieux les informations quantiques. L’augmentation du nombre de photons dans l’oscillateur peut rendre le taux d’erreurs de flip bits exponentiellement plus faible, ont déclaré les scientifiques. Cela signifie que, pour réduire le taux d’erreur, vous n’avez pas besoin d’augmenter le nombre de qubit; Vous devez plutôt augmenter l’énergie de l’oscillateur.
Au cours de la dernière décennie, des expériences précédentes ont montré le potentiel des qubits de chat dans des démonstrations de qubit, y compris une étude d’une autre équipe dans 2015 Et un aussi récemment que Mai 2024. Une étude publiée dans Janvier Cette année a également décrit une approche de la correction des erreurs qui a été inspirée par le chat de Schrödinger. Cependant, l’Ocelot d’AWS est le premier exemple d’un système de qubit multi-cat cohérent intégré à une puce construite à l’aide de méthodes de fabrication existantes.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont démontré des mesures prises avec Ocelot qui montrent que les erreurs de flip bits sont supprimées de façon exponentielle au niveau du qubit physique, tandis que les erreurs de phase-flip sont corrigées à l’aide du code de correction des erreurs le plus simple, appelé code de répétition. Les portes entre les qubits de chat et les qubits de correction des erreurs sont également efficaces pour détecter les erreurs de phase de phase, tout en préservant la puissance des qubits de chat pour protéger contre les erreurs de flip bit.
Les résultats ont montré des temps de flip bits approchant 1 seconde – environ 1 000 fois plus longs que la durée de vie des qubits supraconducteurs conventionnels. Cela a été accompli en utilisant quatre photons, permettant des temps de phase de phase mesurés en dizaines de microsecondes, ce qui est suffisant pour la correction d’erreur quantique.
Les scientifiques ont ensuite testé le système pour déterminer l’efficacité de cette architecture pour se comporter comme un qubit logique. Le taux d’erreur logique total était de 1,72% lors de l’exécution du code sur trois qubits de chat, contre 1,65% lors de l’utilisation de cinq qubits de chat. Avec neuf qubits au total (cinq CAT et quatre correctifs d’erreur), ils atteignent des taux d’erreur comparables à un système avec 49 qubits physiques.
Computement quantique évolutif
Les scientifiques estiment que l’utilisation de l’architecture d’Ocelot, un futur ordinateur quantique avec un « impact sociétal transformateur » nécessite aussi peu qu’un dixième des ressources qui seraient autrement nécessaires avec des approches standard de la correction des erreurs quantiques.
« Les futures versions d’Ocelot sont en cours d’élaboration qui feront baisser de façon exponentielle les taux d’erreur logique, activés à la fois par une amélioration des performances des composants et une augmentation de la distance de code », co-auteurs de l’étude, Fernando Brandãoprofesseur Caltech de physique théorique, et Peintre d’Oskarle professeur de physique appliquée à Caltech, a déclaré dans un article de blog technique. « Les codes adaptés à un bruit biaisé, comme le code de répétition utilisé dans Ocelot, peuvent réduire considérablement le nombre de qubits physiques requis », ont-ils déclaré.
« Nous pensons que l’architecture d’Ocelot, avec son approche économe en matériel de la correction des erreurs, nous positionne bien pour lutter contre la prochaine phase de calcul quantique: apprendre à évoluer », a ajouté Brandão et Painter. « La mise à l’échelle à l’aide d’une approche économe en matériel nous permettra de réaliser plus rapidement et plus de rentabilité un ordinateur quantique corrigé d’erreur qui profite à la société. »
