Ce n’est pas la démonstration d’une machine parfaite, que l’industrie attend encore. Mais en dissipant des incertitudes majeures sur la viabilité de l’informatique quantique, les travaux publiés le 24 août par Google marquent une étape clé dans le développement de la technologie. Sur les réseaux sociaux, chercheurs et start-uppers du secteur sont unanimes. «Le calcul quantique, depuis cette publication, c’est beaucoup moins de la science-fiction», résume Quentin Ficheux, chargé de recherche du CNRS à l’institut Néel, à Grenoble (Isère).
S’ils ne présentent pas un calculateur immunisé contre les erreurs, les quelque 240 auteurs du papier prépublié sur l’archive ouverte ArXiv expliquent être parvenus à accumuler des qubits – l’équivalent quantique d’un transistor – sur une puce… sans augmenter le taux d’erreur de leur système. Ce qui peut sembler contradictoire : en augmentant le nombre de qubits, la puce ne devrait-elle pas être plus robuste ? Explications.
Des erreurs plus nombreuses et plus dures à corriger
«Les systèmes quantiques sont très sujets aux erreurs : par comparaison, une puce électronique classique, sans correction, fait une erreur pour un million de milliards (soit 10 puissance 15) d’opérations, rappelle le physicien, qui n’a pas participé aux travaux américains. Alors que pour un système quantique à l’état de l’art, sur 1000 opérations (appelés portes dans le domaine), une est fausse.» Cette "fidélité" est bien trop basse pour réaliser des calculs fiables.
Problème supplémentaire : en plus d’être plus sensibles aux erreurs que leurs homologues traditionnels, les systèmes quantiques ont plus de difficultés à les détecter et les corriger. Dans l'informatique classique, les puces se basent sur un principe de redondance pour s’immuniser contre les erreurs : encoder l’information sur plusieurs bits au lieu d’un seul et vérifier qu’ils conservent tous la même valeur pour identifier des dérives. Une approche impossible à dupliquer dans le monde quantique. «Ce n’est pas possible de copier l’information d’un qubit, rappelle Quentin Ficheux. Il faut donc utiliser les phénomènes de superposition et d’intrication quantique pour corréler un état sur plusieurs unités élémentaires, mais cela demande un nombre de qubits de plus en plus grand selon la distance du code.» Soit le nombre d'étapes que le code contient.
Autrement dit : plus on veut corriger d’erreurs, plus il faut de qubits. En cela, la réalisation de Google n’échappe pas à la règle. «Pour une distance de 3, ils utilisent 17 qubits ; 49 qubits pour une distance de 5 et 97 pour une distance de 7», chiffre Quentin Ficheux, rappelant qu’ils «en utilisent un peu plus pour gérer d’autres opérations de correction».
Des réponses à beaucoup de questions
Mais cette augmentation du nombre de qubits, Google a réussi à la faire sans augmenter le nombre d'erreurs. Une réalisation qui a demandé au géant américain d'atteindre pour la première fois le «breakeven». «Cela veut dire qu’avec leur encodage, ils parviennent à avoir un système de meilleure qualité que son meilleur constituant physique, explique le physicien. Ils étaient déjà parvenus à réaliser des calculs avec 49 qubits, mais cet ensemble n’était pas meilleur que le meilleur qubit de la plateforme ; c’est le cas ici et c’est un résultat remarquable».
La publication de Google contient d'autres éléments notables. La procédure de détection en temps réel des erreurs qui a été démontrée permet à Quentin Ficheux d'anticiper de futures avancées : «à la question "pourra-t-on faire fonctionner un calculateur quantique sans avoir besoin d’un supercalculateur à côté ?", la réponse se rapproche désormais d’un oui». Le chercheur salue aussi la durée de vie affichée par les qubits – en supprimant un seul des deux types d’erreurs qu’ils subissent et modifiant leurs procédés de fabrication – qui passe de quelques dizaines de microsecondes à… une heure.
«C’est une avancée assez impressionnante, qui apporte des réponses à beaucoup de questions que l’on pouvait objecter aux promesses du calcul quantique, résume-t-il. Mais cela ne répond pas à tout. Même 2500 qubits de cette qualité ne suffiront pas à faire du calcul quantique immunisé aux erreurs.» Atteindre cette étape majeure va demander encore quelques travaux. Sans oublier que l'immunité aux erreurs n'est pas le seul verrou technologique à lever. Une fois les questions fondamentales liées aux qubits résolues, il faudra encore s'attaquer à l'ingénierie des systèmes quantiques, dont le refroidissement des machines. La route est encore longue.
