Des chercheurs de l'université de Sydney ont dévoilé une « pierre de Rosette » du code quantique utilisant le codage GKP

Réduisant le nombre de qubits physiques nécessaires aux calculs avec correction d'erreur

Des chercheurs de l'université de Sydney ont dévoilé une « pierre de Rosette » du code quantique utilisant le codage GKP, réduisant le nombre de qubits physiques nécessaires aux calculs avec correction d'erreurs.

Des chercheurs de l'université de Sydney ont dévoilé une « pierre de Rosette » du code quantique utilisant le codage GKP, qui permet de créer des portes logiques universelles réduisant considérablement le nombre de qubits physiques nécessaires aux calculs avec correction d'erreurs. Cette avancée majeure réduit considérablement les coûts matériels, ce qui pourrait accélérer les applications quantiques pratiques telles que la découverte de médicaments et la cryptographie.

Un ordinateur quantique est un ordinateur (réel ou théorique) qui utilise de manière essentielle les phénomènes de la mécanique quantique : un ordinateur quantique exploite les états superposés et intriqués ainsi que les résultats (non déterministes) des mesures quantiques comme caractéristiques de son calcul. Il est largement admis qu'un ordinateur quantique évolutif pourrait effectuer certains calculs de manière exponentiellement plus rapide que n'importe quel ordinateur classique.

Théoriquement, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait briser certains systèmes de chiffrement largement utilisés et aider les physiciens à réaliser des simulations physiques. Cependant, les implémentations matérielles actuelles de l'informatique quantique sont largement expérimentales et ne conviennent qu'à des tâches spécialisées.

Dans le domaine en pleine évolution de l'informatique quantique, une avancée révolutionnaire pourrait considérablement atténuer l'un des défis les plus redoutables de cette technologie : le volume considérable de matériel nécessaire pour garantir la fiabilité des opérations. Des chercheurs de l'université de Sydney ont dévoilé ce qu'ils appellent une « pierre de Rosette » du code quantique, un ensemble universel de portes logiques qui réduit considérablement le nombre de qubits physiques nécessaires pour effectuer des calculs complexes.

Cette innovation s'articule autour du schéma de codage Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), qui permet d'effectuer des opérations quantiques avec correction d'erreurs en utilisant beaucoup moins de ressources. En démontrant une porte d'intrication qui fonctionne sur des qubits logiques codés de cette manière, l'équipe a montré qu'il est possible d'exécuter des tâches quantiques fondamentales tout en supprimant les erreurs plus efficacement que les méthodes traditionnelles.


Le problème central de l'informatique quantique tient à la fragilité inhérente des qubits : ceux-ci sont sujets à la décohérence et aux erreurs dues au bruit environnemental, ce qui nécessite des qubits physiques redondants pour encoder un seul qubit logique fiable. Selon les conclusions, cette nouvelle approche pourrait réduire considérablement les coûts matériels, rendant ainsi les machines quantiques à grande échelle plus envisageables pour des applications pratiques telles que la découverte de médicaments et la cryptographie.

Le Dr Tingrei Tan, qui a dirigé les recherches au Quantum Control Laboratory, a souligné que leurs travaux constituent la première réalisation expérimentale d'un ensemble de portes universelles pour les qubits GKP. Cette analogie avec la « pierre de Rosette » met en évidence la manière dont le code se traduit entre différents états quantiques, permettant des opérations fluides qui nécessitaient auparavant un matériel informatique très puissant.

Au cours de leurs expériences, l'équipe de Sydney a piégé des ions pour créer les états quantiques nécessaires, réalisant ainsi une intrication entre les qubits logiques avec une grande fidélité. L'étude note que cette porte fonctionne selon un principe où les erreurs sont corrigées de manière intrinsèque grâce au codage GKP, qui mappe les informations quantiques sur des variables continues telles que les ondes lumineuses ou sonores, plutôt que sur des spins discrets.


Ce changement permet non seulement de réduire l'empreinte physique, mais aussi d'améliorer l'évolutivité. Les spécialistes du secteur soulignent que les systèmes quantiques actuels, tels que ceux d'IBM ou de Google, nécessitent souvent des milliers de qubits physiques pour seulement une poignée de qubits logiques ; la méthode de Sydney pourrait inverser ce rapport, rapprochant ainsi l'informatique quantique tolérante aux pannes de la réalité.

Pour les entreprises qui investissent des milliards dans la technologie quantique, cette avancée annonce un tournant potentiel vers des architectures plus compactes. Comme le rapporte le communiqué de presse de l'université de Sydney, relayé par divers médias, Vassili Matsos, doctorant au sein de l'équipe, a joué un rôle clé dans la mise en œuvre de la porte, qui prend en charge le calcul quantique universel, ce qui signifie que n'importe quel algorithme peut théoriquement y être exécuté.

Cependant, des défis restent à relever, notamment l'intégration de cette porte dans le matériel existant et la mise à l'échelle vers des systèmes à plusieurs qubits. Les experts soulignent que si la réduction du matériel est prometteuse, le déploiement dans le monde réel exigera des améliorations supplémentaires en termes de taux d'erreur et de précision de contrôle.

À l'avenir, cette « pierre de Rosette » pourrait inspirer des systèmes quantiques hybrides, combinant les codes GKP avec d'autres encodages pour optimiser les performances. Des publications telles que ScienceBlog.com ont fait écho à cet enthousiasme, soulignant comment l'ensemble de portes universelles ouvre la voie à l'avantage quantique dans la résolution de problèmes insolubles pour les ordinateurs classiques.


En fin de compte, alors que l'informatique quantique se rapproche de la viabilité commerciale, des innovations comme celle-ci soulignent l'importance d'un codage intelligent plutôt que d'une expansion matérielle brutale, ce qui pourrait accélérer le calendrier des technologies transformatrices. Selon Google, ce calendrier technologique se situerait d'ici à 5 ans pour commercialiser des applications d'informatique quantique. De son côté, le PDG de Nvidia prévoit que les applications commerciales arriveront d'ici 15 à 20 ans.

Source : "Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits"

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