«Jusqu’à présent, les chercheurs ont codé et stabilisé. Nous montrons maintenant que nous pouvons également calculer.
Les chercheurs de QuTech, une collaboration entre la TU Delft et le TNO, ont franchi une étape importante dans la correction des erreurs quantiques. Ils ont intégré des opérations haute fidélité sur des données quantiques codées avec un schéma évolutif pour la stabilisation répétée des données. Les chercheurs rapportent leurs découvertes dans le numéro de décembre de Nature Physics.
Plus de qubits
Les bits quantiques physiques, ou qubits, sont vulnérables aux erreurs. Ces erreurs proviennent de diverses sources, notamment la décohérence quantique, la diaphonie et l’étalonnage imparfait. Heureusement, la théorie de la correction d’erreur quantique stipule la possibilité de calculer tout en protégeant de manière synchrone les données quantiques contre de telles erreurs.
« Deux capacités distingueront un ordinateur quantique à erreur corrigée des processeurs quantiques actuels bruyants à échelle intermédiaire (NISQ) », explique le professeur Leonardo DiCarlo de QuTech. « Premièrement, il traitera les informations quantiques codées en qubits logiques plutôt que dans des qubits physiques (chaque qubit logique étant constitué de nombreux qubits physiques). Deuxièmement, il utilisera des contrôles de parité quantique entrelacés avec des étapes de calcul pour identifier et corriger les erreurs se produisant dans les qubits physiques, protégeant ainsi les informations codées pendant leur traitement. Selon la théorie, le taux d’erreur logique peut être supprimé de manière exponentielle à condition que l’incidence des erreurs physiques soit inférieure à un seuil et que les circuits d’opérations logiques et de stabilisation soient tolérants aux pannes.
Image artistique d’un processeur quantique supraconducteur à sept transmons similaire à celui utilisé dans ce travail. Crédit : DiCarlo Lab et Marieke de Lorijn
Toutes les opérations
L’idée de base est donc que si vous augmentez la redondance et utilisez de plus en plus de qubits pour coder les données, l’erreur nette diminue. Les chercheurs de la TU Delft, en collaboration avec des collègues du TNO, ont maintenant réalisé une étape majeure vers cet objectif, en réalisant un qubit logique composé de sept qubits physiques (transmons supraconducteurs). « Nous montrons que nous pouvons effectuer toutes les opérations nécessaires au calcul avec les informations encodées. Cette intégration d’opérations logiques haute fidélité avec un schéma évolutif pour une stabilisation répétée est une étape clé dans la correction d’erreurs quantiques », explique le professeur Barbara Terhal, également de QuTech.
Le premier auteur et doctorant Jorge Marques précise : « Jusqu’à présent, les chercheurs ont codé et stabilisé. Nous montrons maintenant que nous pouvons calculer également. C’est ce que doit faire un ordinateur tolérant aux pannes : traiter et protéger les données contre les erreurs en même temps. Nous effectuons trois types d’opérations de qubit logique : initialiser le qubit logique dans n’importe quel état, le transformer avec des portes et le mesurer. Nous montrons que toutes les opérations peuvent être effectuées directement sur des informations encodées. Pour chaque type, nous observons des performances supérieures pour les variantes tolérantes aux pannes par rapport aux variantes non tolérantes aux pannes. Les opérations tolérantes aux pannes sont essentielles pour réduire l’accumulation d’erreurs de qubit physique en erreurs de qubit logique.
Long terme
DiCarlo souligne le caractère multidisciplinaire du travail : « Il s’agit d’un effort combiné de physique expérimentale, de physique théorique du groupe de Barbara Terhal, mais aussi d’électronique développée avec le TNO et des collaborateurs externes. Le projet est principalement financé par IARPA et Intel Corporation.
“Notre grand objectif est de montrer qu’à mesure que nous augmentons la redondance d’encodage, le taux d’erreur net diminue de manière exponentielle”, conclut DiCarlo. “Notre objectif actuel est de 17 qubits physiques et le prochain sera 49. Toutes les couches de l’architecture de notre ordinateur quantique ont été conçues pour permettre cette mise à l’échelle.”
Référence : « Opérations logiques-qubit dans un code de surface de détection d’erreurs » par JF Marques, BM Varbanov, MS Moreira, H. Ali, N. Muthusubramanian, C. Zachariadis, F. Battistel, M. Beekman, N. Haider, W Vlothuizen, A. Bruno, BM Terhal et L. DiCarlo, 16 décembre 2021, Physique de la nature.
DOI : 10.1038 / s41567-021-01423-9