L’avenir de l’informatique quantique : une équipe de Harvard franchit une étape majeure dans la correction d’erreurs

Patrick Lesggie

L’informatique quantique a fait un grand pas en avant avec la nouvelle plate-forme de Harvard, capable de reconfiguration dynamique et démontrant des taux d’erreur faibles dans les portes d’entrelacement à deux qubits. Cette percée, mise en évidence dans un récent article de Nature, marque une avancée majeure dans la résolution du défi de la correction d’erreurs quantiques, plaçant la technologie de Harvard aux côtés d’autres méthodes de calcul quantique de premier plan. Le travail, en collaboration avec le MIT et d’autres, marque une étape cruciale vers un calcul quantique évolutif et corrigé des erreurs. Crédit:

La méthode développée par l’équipe de Harvard pour réduire les erreurs aborde un obstacle significatif dans la montée en puissance de la technologie.

La technologie de l’informatique quantique, avec son potentiel de vitesse et d’efficacité sans précédent, dépasse largement les capacités des supercalculateurs les plus avancés actuellement disponibles. Cependant, cette technologie innovante n’a pas été largement mise à l’échelle ou commercialisée, principalement en raison de ses limites inhérentes dans la correction des erreurs. Contrairement aux ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques ne peuvent pas corriger les erreurs en copiant des données encodées à maintes reprises. Les scientifiques ont dû trouver un autre moyen.

Maintenant, un nouvel article dans Nature illustre le potentiel d’une plate-forme de calcul quantique de Harvard pour résoudre le problème de longue date connu sous le nom de correction d’erreurs quantiques.

À la tête de l’équipe de Harvard se trouve l’expert en optique quantique Mikhail Lukin, professeur universitaire Joshua et Beth Friedman en physique et co-directeur de Harvard Quantum Initiative. Les travaux rapportés dans Nature étaient une collaboration entre Harvard, le MIT et QuEra Computing basé à Boston. Le groupe de Markus Greiner, professeur de physique George Vasmer Leverett, était également impliqué.

La plate-forme unique de Harvard

Un effort couvrant plusieurs années, la plate-forme de Harvard est construite sur un réseau d’atomes de rubidium piégés au laser, très froids. Chaque atome agit comme un bit – ou un « qubit » comme on l’appelle dans le monde quantique – qui peut effectuer des calculs extrêmement rapides.

L’innovation principale de l’équipe consiste à configurer son « réseau d’atomes neutres » pour pouvoir changer dynamiquement sa disposition en déplaçant et en connectant des atomes – c’est ce qu’on appelle « l’entrelacement » dans les termes de la physique – en pleine computation. Les opérations qui entrelacent des paires d’atomes, appelées portes logiques à deux qubits, sont des unités de puissance de calcul.

Lancer un algorithme compliqué sur un ordinateur quantique nécessite de nombreuses portes. Cependant, ces opérations de porte sont notoirement sujettes aux erreurs, et une accumulation d’erreurs rend l’algorithme inutile.

Dans le nouvel article, l’équipe rapporte des performances quasi parfaites de ses portes d’entrelacement à deux qubits avec des taux d’erreur extrêmement faibles. Pour la première fois, ils ont démontré la capacité à entrelacer des atomes avec des taux d’erreur inférieurs à 0,5 pour cent. En termes de qualité d’opération, cela place les performances de leur technologie au même niveau que d’autres types de plateformes de calcul quantique de premier plan, comme les qubits supraconducteurs et les qubits piégés par ion.

Avantages et potentiel futur

Cependant, l’approche de Harvard présente des avantages majeurs par rapport à ces concurrents en raison de la taille de ses systèmes, du contrôle efficace des qubits et de la possibilité de reconfigurer dynamiquement la disposition des atomes.

« Nous avons établi que cette plateforme présente des erreurs physiques suffisamment faibles pour que l’on puisse réellement envisager des dispositifs à grande échelle, corrigés des erreurs quantiques, basés sur les atomes neutres », a déclaré le premier auteur Simon Evered, étudiant à la Harvard Griffin Graduate School of Arts and Sciences dans le groupe de Lukin. « Nos taux d’erreur sont maintenant suffisamment faibles pour que si nous regroupions les atomes en qubits logiques – où l’information est stockée de manière non locale parmi les atomes constitutifs – ces qubits logiques corrigés des erreurs quantiques pourraient présenter des erreurs encore plus faibles que les atomes individuels. »

Les avancées de l’équipe de Harvard sont rapportées dans le même numéro de Nature que d’autres innovations menées par l’ancien étudiant diplômé d’Harvard Jeff Thompson, maintenant à l’Université de Princeton, et l’ancien chercheur postdoctoral d’Harvard Manuel Endres, maintenant au California Institute of Technology. Ensemble, ces avancées posent les bases des algorithmes corrigés des erreurs quantiques et de l’informatique quantique à grande échelle. Tout cela signifie que l’informatique quantique sur des réseaux d’atomes neutres montre l’étendue de sa promesse.

« Ces contributions ouvrent la voie à des opportunités très spéciales dans le calcul quantique évolutif et c’est un moment vraiment passionnant pour tout ce domaine à venir », a déclaré Lukin.

Référence : « Portes d’entrelacement parallèles haute fidélité sur un ordinateur quantique à atomes neutres » de Simon J. Evered, Dolev Bluvstein, Marcin Kalinowski, Sepehr Ebadi, Tom Manovitz, Hengyun Zhou, Sophie H. Li, Alexandra A. Geim, Tout T. Wang, Nishad Maskara, Harry Levine, Giulia Semeghini, Markus Greiner, Vladan Vuletić et Mikhail D. Lukin, 11 octobre 2023, Nature. DOI : 10.1038/s41586-023-06481-y

La recherche a été financée par le Quantum Systems Accelerator Center du Département de l’énergie des États-Unis; le Center for Ultracold Atoms; la National Science Foundation; le Multidisciplinary University Research Initiative de l’Army Research Office; et le programme DARPA Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices.