Les informaticiens disent avoir craqué la science derrière la correction des erreurs dans les ordinateurs quantiques grâce à de nouveaux « codes 4D ».
Développés par Microsoft, les nouveaux codes ont été révélés dans un article de blog Publié le 19 juin et prétendre résoudre le problème de la tolérance aux défauts – sans doute le plus grand goulot d’étranglement de Quantum Computing.
Tous les ordinateurs peuvent produire des erreurs. Dans l’informatique classique, la correction d’erreurs est obtenue en faisant plusieurs copies de toutes les informations envoyées. Si un ou plusieurs bits sont perdus ou corrompus, les bits restants contiennent toujours les informations d’origine.
Qubitscependant, ne peut pas être copié. Ils ne peuvent pas non plus être mesurés sans vivre ce qu’on appelle «l’effondrement». Cela rend beaucoup plus difficile à détecter et à atténuer les erreurs (qui se produit à un taux significativement plus élevé que dans les bits classiques) tels qu’ils se produisent.
Une configuration de correction d’erreur quantique typique implique l’ajout de qubits « physiques » supplémentaires à un système. Ces qubits sont enchevêtrés avec les qubits « logiques » qui transportent généralement des informations quantiques. Au lieu de mesurer les qubits logiques, provoquant ainsi cet effondrement, les scientifiques peuvent vérifier les erreurs en mesurant les qubits physiques enchevêtrés. Cela permet au processus de calcul de se poursuivre.
Les scientifiques utilisent généralement des codes 4D dans le processus de correction des erreurs quantiques en recréant la topologie des surfaces de traitement quantique sur un réseau en quatre dimensions. Cela crée une forme d’auto-correction de la mémoire quantique.
Le problème est que la plupart des techniques de correction des erreurs actuelles sont difficiles à mettre à l’échelle, à forte intensité de ressources ou les deux. Plus les qubits physiques sont nécessaires pour fournir une tolérance aux défauts pour un système quantique et plus la correction d’erreur passe nécessaire, plus il est nécessaire d’énergie pour le calcul.
« Les nouveaux codes géométriques en quatre dimensions de Microsoft nécessitent très peu de qubits physiques par qubit logique, peuvent vérifier les erreurs dans un seul coup et présenter une réduction de 1 000 fois des taux d’erreur », a déclaré le boursier technique du développement quantique avancé chez Microsoft Quantum, Krysta Svoredans le billet de blog.
Une torsion de la correction des erreurs quantique
Les résultats, téléchargés le 18 juin vers le arxiv Base de données préimprimée, centrez sur la mise en place d’une tournure littérale sur le code géométrique 4D en forme de tore utilisé pour la correction des erreurs dans certains systèmes informatiques quantiques.
Les scientifiques ont développé un code géométrique qui pourrait être superposé dans un système pour détecter les erreurs à l’aide d’une topographie à quatre dimensions. Ce code 4D relie l’espace exemple (où les codes de correction s’exécutent) à l’espace opérationnel (où les qubits contiennent des informations) via un enchevêtrement.
Il fonctionne en quatre dimensions en utilisant une expression mathématique qui, essentiellement, permet aux points d’intrication de faire des connexions sur la surface d’un «tore», qui peut être imaginé comme une forme de beignet.
Tandis que les codes 4D ont été utilisés pour créer Mémoire quantique auto-corrective Dans le passé, leur utilisation ici est considérée comme nouvelle car les chercheurs ont calculé une « torsion » dans la géométrie qui permet à la même quantité de code de couvrir la même quantité d’espace système en utilisant moins d’enchevêtrements de qubit physiques.
En «tordant» la géométrie, la superposition du code 4D crée un plus grand espace de représentation qui reflète une plus grande partie de l’état quantique des qubits réels utilisés. Cela permet aux chercheurs de détecter les erreurs dans le code sans perturber les processus quantiques réels se produisant dans le système.
Les chercheurs ont dirigé leur nouveau code «torsadé» sur les ordinateurs quantiques existants et ont expérimentalement confirmé leurs théories dans un article de préparation séparé, publié au serveur de préparation ArXIV sur 13 juin. Aucun des documents n’a encore été évalué par des pairs.
« Des ordinateurs quantiques universels tolérants aux pannes peuvent être réalisés à l’aide de codes géométriques 4D, qui sont conçus pour permettre efficacement à un nombre croissant de qubits logiques avec un nombre modeste de qubits physiques, tout en permettant à l’étude des cycles logiques à faible profondeur et une tolérance aux pannes universelles », ont déclaré les scientifiques dans l’étude.
De plus, les chercheurs auraient démontré une technique révolutionnaire pour « remplacer » les atomes utilisés comme qubits lorsqu’ils sont perdus. Dans certains systèmes informatiques quantiques, les qubits sont créés en accrochant des atomes neutres avec des pincettes laser et en les piégeant en place. Pendant les calculs, ces atomes peuvent être perdus ou abandonnés.
Les chercheurs disent qu’ils pourraient remplacer les atomes perdus au milieu du cycle à l’aide d’un faisceau atomique pour forcer de nouveaux atomes dans le tableau sans perturber les calculs – une première, ont déclaré les scientifiques dans l’étude.
Sur la base des résultats, la nouvelle famille de code 4D pourrait représenter la deuxième percée dans la correction des erreurs quantiques en autant de semaines. Le 10 juin, IBM a fait Une déclaration similaire Lorsqu’il a annoncé qu’il avait développé des techniques de correction des erreurs quantiques qui conduiront au développement d’un ordinateur quantique manifestement utile d’ici 2029.
Lorsque la nouvelle méthode d’IBM utilise une approche de développement descendante qui tire parti de son matériel sur mesure, Microsoft est construit de bas en haut pour aborder la tolérance aux pannes à l’aide d’une approche qui peut avoir d’autres applications au-delà du matériel et des cas d’utilisation sur lesquelles il a été testé.
