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Le projet de physique d’un étudiant pourrait rendre les ordinateurs quantiques deux fois plus fiables

L’ajustement d’un étudiant dans le code de l’informatique quantique pourrait doubler sa capacité à détecter les erreurs, ce qui piquerait l’intérêt du programme d’informatique quantique d’Amazon.

Le nouveau code pourrait être utilisé pour construire des ordinateurs quantiques qui tiennent les promesses d’un temps de traitement ultra-rapide et la capacité de résoudre des problèmes plus complexes que les ordinateurs traditionnels ne pourraient gérer. Jusqu’à présent, seuls deux ordinateurs ont atteint la «suprématie quantique», ou la possibilité d’effectuer un calcul quantique plus rapidement que le supercalculateur le plus rapide. Mais aucun de ces ordinateurs n’a utilisé de codes de correction d’erreurs qui seront nécessaires pour étendre l’informatique quantique pour une utilisation généralisée et fiable, ont déclaré les chercheurs de la nouvelle étude.

Le calcul régulier dépend de « bits », qui sont comme des commutateurs qui peuvent basculer entre la position « on » ou « off ». La position des bits code les informations. L’informatique quantique ajoute une couche de complexité en tirant parti du fait qu’à de très, très petites échelles, les propriétés physiques deviennent étranges: les Qubits, les versions quantiques des bits, peuvent être à la fois activées et désactivées en même temps, un état appelé superposition. Les Qubits peuvent également s’emmêler, ce qui signifie que même s’ils ne sont pas physiquement en contact, l’état de l’un a un impact sur l’état de l’autre. Cela signifie que les ordinateurs quantiques peuvent encoder des informations de manière plus complexe en stockant des informations dans ces états quantiques étranges. Les Qubits peuvent être constitués de plusieurs types différents de particules quantiques, et les informations peuvent être codées sur un réseau de qubits afin que les dommages à un seul qubit ne détruiront pas les informations.

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Sujette à l’erreur

Il y a cependant un hic. Les Qubits sont sensibles aux perturbations environnementales et sont donc sujets aux erreurs. Ces erreurs limitent l’efficacité de l’informatique quantique, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles le domaine en est encore à ses balbutiements, explique l’auteur principal de l’étude Pablo Bonilla Ataides, étudiant de premier cycle à l’Université de Sydney, dit dans un communiqué. Bonilla a dirigé le développement du nouveau code dans le cadre de son projet de physique de deuxième année. Google, IBM et d’autres groupes universitaires et industriels travaillent à la construction d’ordinateurs quantiques, mais ils sont jusqu’à présent expérimentaux.

«Nous cherchons en fait simplement à assembler les composants des ordinateurs quantiques de telle manière que s’ils tournent mal – et qu’ils vont mal tourner -, l’ordinateur quantique fonctionnera toujours à la fin», a déclaré Benjamin Brown, co-auteur de l’étude et physicien quantique à l’Université de Sydney.

Bonilla et Brown, avec leurs collègues, ont trouvé un ajustement de codage pour corriger les erreurs qui rendent les ordinateurs quantiques peu fiables. Le changement implique un code spécialisé qui corrige les erreurs connues pour être plus courantes que les autres types, a déclaré Brown à 45Secondes.fr.

Dans un ordinateur classique non quantique, les bits codent les informations avec une série de 0 et de 1. Le seul type d’erreur qui peut se produire dans ce système est une erreur de «retournement de bits», dans laquelle un 1 se transforme en 0 ou vice versa. Ces erreurs sont assez rares en informatique traditionnelle.

Des erreurs de retournement de bits se produisent également dans l’informatique quantique. Mais comme les qubits sont plus complexes que les bits traditionnels, ils peuvent également avoir des erreurs plus complexes. Un autre type d’erreur courant en informatique quantique est l’erreur de déphasage. Dans ce cas, la valeur de l’information passe du positif au négatif ou vice versa. S’en tenir aux 0 et aux 1 (bien que les systèmes quantiques ne soient pas réellement binaires comme les ordinateurs traditionnels), ce serait comme un 1 positif basculant vers un négatif 1. Ces erreurs peuvent survenir pour de nombreuses raisons physiques différentes, a déclaré Brown. Les Qubits peuvent modifier leur moment cinétique ou leur rotation. Ils peuvent se démêler les uns avec les autres ou se mêler par inadvertance au monde extérieur. Quelle qu’en soit la cause, le résultat est une perte d’information.

« Si certains des éléments commencent à basculer de l’état dans lequel vous êtes censé être à un autre, cela vous donnera les mauvaises réponses à la fin, et cela ne sera pas très utile », a déclaré Brown.

Corriger les erreurs quantiques

Le nouveau code double la suppression des erreurs par rapport au code de correction d’erreur précédent, a déclaré Bonilla dans la déclaration. Les chercheurs y sont parvenus d’une manière étonnamment simple: ils ont simplement fait pivoter les coordonnées sur tous les autres qubit du système. Si chaque qubit était une sphère et que chaque information codée dans le qubit était un point sur cette sphère, le code ferait pivoter la moitié des sphères de sorte que le bas était défini comme le haut et le haut était défini comme le bas. Cette structure protège les informations des erreurs de déphasage tout en maintenant la protection contre les erreurs de retournement de bits.

Les chercheurs collaborent maintenant avec des scientifiques de l’Université de Yale et d’Amazon Web Services qui développent des qubits qui fonctionnent bien avec ce type de code, a déclaré Brown.

« Nous espérons le faire progresser pour vraiment aider à construire un ordinateur quantique », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont décrit leur nouvelle étude le 12 avril dans la revue Communications de la nature.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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