Avancée quantique de Google : Un exploit remarquable, mais encore du chemin à parcourir !

Plus tôt ce mois-ci, les scientifiques en informatique quantique de Google ont réalisé une avancée significative, démontrant que l’informatique quantique est bien réelle et qu’elle pourrait occuper une place précieuse aux côtés d’autres types d’ordinateurs. Cependant, beaucoup de travail reste à accomplir.

Le dernier circuit quantique de Google, baptisé Willow et fabriqué dans l’établissement de recherche de Santa Barbara, est une puce de mémoire. Elle ne traite pas réellement de fonctions ; elle se contente de stocker de l’information à lire. Tout usage de celle-ci nécessitera le long travail de développement de circuits logiques pour exploiter les “qubits” qui composent la puce.

À lire aussi : L’o3 d’OpenAI n’est pas encore de l’AGI mais vient de réaliser quelque chose d’inédit pour une IA.

L’innovation fondamentale, comme l’explique le magazine Nature (qui a publié le document de recherche préliminaire de Google), réside dans la capacité à réduire les erreurs des qubits en dessous d’un niveau de bruit seuil, permettant ainsi à la machine de représenter de manière fiable les informations, c’est-à-dire avec un niveau d’erreur acceptable.

Considérons la proposition de base du matériel quantique d’aujourd’hui. Pour réaliser un “bit” quantique d’information, il faut combiner plusieurs qubits quantiques physiques, qui peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux. Willow est une évolution de la puce Sycamore, lancée l’année dernière, et toutes deux utilisent une forme de condensateur supraconducteur, refroidie à des températures très basses, appelé “Transmon”, développé à l’Université de Yale il y a 20 ans.

Grâce aux Transmons ou à d’autres formes de qubits physiques, des chercheurs de nombreuses institutions, y compris Google, ont fait des progrès durant des années dans la combinaison de plusieurs qubits pour créer un seul “qubit logique”. Un qubit physique ne vit que pendant des milliardièmes de seconde, rendant leur durée de vie trop courte pour que le circuit “décodeur” de la machine quantique puisse lire son information.

À lire aussi : Les agents IA pourraient être la nouvelle main-d’œuvre, mais ils ont encore besoin d’un manager.

Le qubit logique, qui résume l’ensemble des qubits physiques, peut perdurer suffisamment longtemps — le double de la durée de vie d’un qubit physique — pour que sa valeur soit lisible et donc utile.

Le défi réside dans la suppression des erreurs qui surviennent lorsque les multiples qubits sont affectés par le bruit environnemental. Trop de bruit rend le qubit logique inutile. Diverses méthodes de correction d’erreurs ont été développées au fil des ans, mais l’avancée de Google est la première à réduire les erreurs individuelles au sein des qubits physiques en dessous d’un niveau jugé nécessaire pour produire un qubit logique opérationnel — le niveau seuil.

La clé de la puce Willow de Google, qui augmente le nombre de qubits physiques à 105, réside dans plusieurs changements physiques lors de sa fabrication, réduisant le bruit à l’intérieur de chaque qubit physique. Selon Rajeev Acharya, l’auteur principal de Google, “chaque fois que la distance de codage augmente de deux, l’erreur logique par cycle est réduite de plus de la moitié”.

Cela est prometteur, car des qubits logiques fiables peuvent être mis à l’échelle; c’est-à-dire qu’il est possible d’ajouter de plus en plus de qubits physiques tout en maintenant le bruit sous le niveau seuil, ce qui aboutit à un qubit logique prévisible et fiable.

À lire aussi : Guide d’achat sur la quantique en tant que service : des qubits à louer.

Pourquoi cela est fondamental : la mise à l’échelle est l’avancée clé des circuits intégrés traditionnels, permettant l’assemblage de milliards de transistors sur une plaquette de silicium pour créer des circuits de plus en plus puissants. Si l’on peut désormais mettre à l’échelle de manière fiable les qubits physiques, une voie se dessine pour créer des circuits de qubits logiques de la même manière, augmentant ainsi la puissance et les performances.

Les publications de Nature et du magazine Science, qui ont couvert l’annonce de Google concernant Willow, citent de nombreux experts du domaine. Le consensus, comme le souligne l’article de Nature, est qu’il s’agit d'”une avancée véritablement remarquable”.

Cependant, il est important de garder à l’esprit l’ampleur du travail qu’il reste à réaliser. D’une part, l’avancée concernant l’erreur seuil n’indique pas que l’on ait conclu le travail de réduction des erreurs. Les taux d’erreur lors de la mise à l’échelle doivent désormais atteindre un niveau d’exactitude bien supérieur pour les qubits logiques dans la pratique, comme l’indiquent Acharya et son équipe.

À lire aussi : Qu’est-ce que l’informatique quantique aujourd’hui ? Comment, pourquoi et quand se produira ce changement de paradigme.

“Il y a encore des ordres de grandeur entre les taux d’erreurs logiques actuels et les exigences pour le calcul quantique pratique”, ajoutent-ils. Par exemple, des “événements d’impact à haute énergie” peuvent survenir dans l’environnement, “environ une fois toutes les dix secondes”, compromettant l’opération fiable et sans erreur des qubits logiques.

En d’autres termes, le fait que les qubits logiques puissent être mis à l’échelle, bien qu’il s’agisse d’une avancée, implique que les chercheurs ont encore un long chemin à parcourir pour réellement réaliser cette mise à l’échelle avec des puces plus grandes (plus de Transmons), tout en améliorant les méthodes de détection et de réduction des erreurs logiques. Google affirme avoir une feuille de route pour y parvenir.

Au-delà du problème de mise à l’échelle, il existe une limitation de la technologie actuelle : il ne s’agit pas encore d’une puce d’ordinateur.

Le qubit logique de Willow équivaut à un condensateur : il stocke un bit. Il ne réalise pas encore d’opération avec ce bit. C’est juste une mémoire pour conserver des informations. Pour exécuter une opération, il devra être étendu à des combinaisons de plusieurs qubits logiques reliés pour former des opérations logiques telles que l’addition et la multiplication. (La forme d’opérations logiques pour un processeur quantique peut être davantage complexe, mais l’idée est là.)

À lire aussi : Qu’est-ce que l’informatique quantique ? Tout ce que vous devez savoir sur le monde étrange des ordinateurs quantiques.

Comme l’a souligné John Preskill, physicien théorique à l’Institut de technologie de Californie à Pasadena, auprès de Nature, “nous voulons réaliser des opérations sur des qubits protégés, pas juste de la mémoire”. L’objectif de longue date de l’équipe de Google — réaliser de véritables opérations — est de concevoir une puce à un million de qubits, c’est-à-dire un million de qubits physiques, afin d’avoir suffisamment de qubits logiques à assembler pour former de vrais circuits de calcul.

Le chemin pour parvenir à de véritables circuits — des collections de qubits logiques qui accomplissent quelque chose — est encore long, tant pour la puce elle-même que pour le logiciel qui permettra finalement de faire fonctionner des ordinateurs quantiques. Il est probable qu’il faudra aller au-delà de C++ et Python d’aujourd’hui.

C’est indéniablement une avancée ; restez simplement conscient des nombreux travaux à venir.