Ordinateur quantique : Google apprend à corriger quelques erreurs

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L’université de Californie, associée à Google, a mis au point un mécanisme de correction d’erreurs sur les qubits, l’équivalent quantique des bits. Or ces erreurs sont aujourd’hui un des principaux freins à la conception d’ordinateurs quantiques.

Les équipes du professeur de physique John Martinis de l’université de Californie, auxquelles Google est associé depuis septembre dernier, viennent de franchir une étape supplémentaire dans ce qui fait leur spécialité : la fiabilité des ordinateurs quantiques. Ces derniers apparaissent en effet comme le Graal pour les physiciens et les informaticiens. Via l’exploitation des caractéristiques des particules subatomiques, ils promettent un bond en avant en termes de performances et de rapidité. Ils devraient ainsi rendre possible des modélisations (celle de l’univers par exemple) ou des chiffrements très avancées.

Alors qu’en informatique « classique », un bit peut prendre les valeurs « 0 » ou « 1 », en informatique quantique, le qubit – son équivalent quantique – peut avoir une valeur de « 0 », « 1 » ou bien les deux en même temps (selon le principe de superposition). C’est ce qui décuple les capacités de calcul en parallèle.

Mais, la technologie se heurte encore à plusieurs murs. Elle souffre notamment de problèmes de fiabilité des résultats. Le qubit, l’unité de stockage de l’information quantique, est fragile et sensible aux éléments extérieurs (variations de température, champs magnétiques…). Ce qui génère des erreurs. Et ce même si les travaux s’effectuent à une température proche du zéro absolu.

Une étape, mais beaucoup reste à faire

D’où les efforts des chercheurs pour détecter et corriger ces erreurs. L’équipe de l’université de Californie et de Google est ainsi parvenue à programmer une puce renfermant 9 qubits capables de se monitorer les uns les autres pour détecter les erreurs d’inversion de bits. Le procédé imaginé ne permet pas de corriger ces erreurs, mais évite qu’elles ne contaminent les étapes suivantes d’un calcul. Dans Nature, l’équipe de John Martinis explique que le mécanisme qu’ils ont imaginé réduit d’un facteur de 2,7 le taux d’erreur quand 5 des 9 qubits sont utilisés, et par un facteur de 8,5 quand les 9 éléments sont mobilisés.

Ce résultat encourageant apparaît comme la poursuite des travaux de l’équipe de John Martinis, qui au printemps dernier était parvenue à mettre en œuvre un petit réseau informatique quantique (baptisé Xmon) présentant un taux d’erreur suffisamment faible pour qu’un mécanisme de correction d’erreurs soit envisageable. Une seconde étape que l’université de Californie, avec l’appui de Google, vient donc de franchir.

« D’autres travaux doivent encore être menés avant que nous puissions affirmer que tous les éléments requis permettant de mettre en œuvre des calculs quantiques tolérants aux erreurs sont en place, mais je pense que ces travaux montrent qu’on en est proche », explique dans la MIT Technology Review Daniel Gottesman, qui travaille sur la correction d’erreur à l’institut Perimeter au Canada. Si l’inversion de bits, le problème que traitent les travaux publiés par John Martinis et ses équipes, peut être prise en charge par des algorithmes classiques, un autre type d’erreurs, l’altération d’une propriété du qubit appelée la phase, nécessite lui des calculs bien plus complexes exploitant eux-mêmes les effets de l’informatique quantique.

Deux fers au feu pour Google

Dans la MIT Technology Review, Austin Fowler, un ingénieur de Google, assure que les équipes de Mountain View et celles de l’université de Californie travaillent précisément sur le sujet de l’altération de phase, ainsi que sur un mécanisme de détection d’erreurs sur plus de 9 qubits. Daniel Gottesman se montre d’ailleurs optimiste, estimant qu’on devrait assister à une démonstration d’un ensemble complet de technique de correction d’erreurs d’ici à quelques années. Une course où Google et l’université de Californie semblent bien placées.

En 2013, Google s’est aussi associé à la Nasa pour monter un laboratoire d’informatique quantique basé dans la Silicon Valley. Cette unité est équipée du D-Wave Two, ordinateur quantique conçu par la firme canadienne D-Wave Systems Inc, spécialisé dans les algorithmes d’optimisation. Le partenariat avec l’université de Californie vise, lui, à concevoir des processeurs universels, capables de traiter tous types d’algorithmes et non plus les seuls problématiques relatives à l’optimisation.

Microsoft travaille également sur l’ordinateur quantique, tout comme l’incontournable NSA américaine, qui s’intéresse aux propriétés des qubits pour… casser les algorithmes de cryptage.

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Crédit photo : Michael Fang / UCSB

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