Ordinateurs quantiques capable de surpasser Les superordinateurs les plus rapides d’aujourd’hui peut ne pas avoir besoin d’être aussi grand ou avide de pouvoir que nous le pensions, disent les chercheurs de la startup canadienne Nord.
L’entreprise a construit un bit quantique (qubit) avec une correction d’erreur intégrée, éliminant le besoin de grands grappes de qubits physiques généralement requises pour les défauts calcul quantique.
Nord Quantical prévoit de faire évoluer cette conception en une machine à qubit-logique d’ici 2031. Le système serait suffisamment compact pour s’adapter à un centre de données et nécessiter beaucoup moins d’énergie que les plates-formes actuelles, ont déclaré les chercheurs.
L’annonce suit un jalon en 2024 dans lequel la société a démontré Un prototype de travail de son « qubit bosonique » – Un appareil qui intègre directement la correction d’erreur quantique dans son matériel. Dans un déclarationLes représentants de Nord Quantique ont décrit la nouvelle architecture comme « une première en physique appliquée » et une voie pratique vers des machines quantiques évolutives de qualité utilitaire. La percée relève un défi de longue date de l’informatique quantique: maintenir l’intégrité des informations quantiques au fil du temps.
Les bits quantiques sont extrêmement sensibles à la chaleur, aux vibrations et aux interférences électromagnétiques – même lorsqu’elles sont refroidies zéro absolu (–460 ° F, ou –273 ° C). La plupart des plates-formes quantiques abordent cette Correction d’erreur quantiquequi combine de nombreux qubits physiques pour former une seule unité logique capable d’absorber et de corriger les erreurs par redondance, de sorte que toute défaillance ne frotte pas l’intégralité du calcul.
Cependant, la création d’un qubit logique unique nécessite traditionnellement des dizaines, voire des centaines de qubits physiques, augmentant considérablement la taille, la complexité et le coût énergétique d’un ordinateur quantique. Le système de Nord Quantique évite cela en utilisant un seul composant physique pour jouer le rôle d’un qubit logique.
L’informatique quantique en mode sans échec
Au cœur de la conception se trouve une cavité en aluminium supraconductrice connu sous le nom de résonateur bosonique, refroidi à presque zéro absolu. Cette cavité contient des particules légères (photons) qui stockent des informations quantiques dans des modèles électromagnétiques spécifiques formés dans le résonateur. Ces modèles, appelés «modes», représentent chacun une manière différente du champ résonne à l’intérieur de la cavité, permettant au même état quantique d’être codé en parallèle.
En distribuant des informations sur plusieurs modes dans la même structure physique, le qubit peut identifier et corriger certains types d’interférence. Si un mode est perturbé, les autres fournissent suffisamment de contexte pour restaurer l’état correct. Cette méthode, connue sous le nom de codage multimode, donne à chaque tolérance de défaut interne du qubit, réduisant le besoin de correction d’erreur externe et permettant un rapport 1: 1 entre les qubits physiques et logiques.
Les chercheurs ont estimé qu’une machine de 1 000 qubit-logiques construite sur cette architecture n’occuperait que 215 pieds carrés (20 mètres carrés) et ne consommerait qu’une fraction de l’énergie utilisée par les systèmes haute performance aujourd’hui.
Ils ont également calculé qu’un ordinateur quantique construit à l’aide de leur architecture pourrait briser une clé de chiffrement RSA 830 bits en une heure, consommant seulement 120 kilowattheures d’énergie. En comparaison, un supercalculateur nécessiterait neuf jours et 280 000 kilowattheures pour résoudre le même problème, ont-ils déclaré.
« La quantité de qubits physiques dédiées à la correction des erreurs quantiques a toujours présenté un défi majeur pour notre industrie » Julien Camirand Lemyrele directeur général de Nord Quantique, a déclaré dans un déclaration. « Le codage multimode nous permet de construire des ordinateurs quantiques avec d’excellentes capacités de correction d’erreur, mais sans l’obstacle de tous ces qubits physiques. »
Pour rendre le système plus tolérant aux pannes, les chercheurs ont utilisé un « code bosonique » appelé code Tesseract. Cela aide à se prémunir contre les défauts quantiques communs tels que les flips de bits, les flips de phase, les erreurs de contrôle et les fuites, où le qubit se glisse dans un état qui ne fait pas partie du système utilisé pour stocker et traiter les informations. La fuite est difficile à corriger car la plupart des techniques de correction d’erreur ne fonctionnent que dans l’ensemble attendu des états quantiques et ne peuvent pas repérer quand quelque chose tombe en dehors.
Pour tester la fiabilité du système, les chercheurs ont effectué des cycles répétés de correction d’erreur et ont filtré les résultats où le qubit ne se comportait pas comme prévu.
Environ 12,6% des courses ont été filtrées, ont-ils déclaré. Dans les données restantes, le qubit a maintenu son état à travers 32 cycles de correction d’erreur sans désintégration mesurable, suggérant que le codage multimode peut préserver les informations quantiques de manière fiable dans des conditions stables.
Nord Quantique prévoit de publier une machine à qubit à 100 logiques d’ici 2029, avec le système complet de 1 000 points prévu pour 2031. « Au-delà de leur taille plus petite et plus pratique, nos machines consommeront également une fraction de l’énergie », a déclaré Camirand Lemyre. « Cela les rend particulièrement attrayants pour (information haute performance) des centres HPC où les coûts énergétiques sont en tête. »
