Faire progresser la science quantique : Microsoft et Quantinuum démontrent que les qubits logiques sont les plus fiables

Avec un taux d'erreur 800 fois amélioré par rapport aux qubits physiques

Microsoft annonce avoir fait une avancée majeure pour l'ensemble de l'écosystème quantique. Avec Quantinuum, ils démontrent que les qubits logiques sont les plus fiables jamais enregistrés, avec un taux d'erreur 800 fois amélioré par raport à celui des qubits physiques. Selon Microsoft, cette avancée fait entrer l'informatique quantique dans le niveau 2 de résilience.

Un ordinateur quantique est un ordinateur qui tire parti des phénomènes de la mécanique quantique. À petite échelle, la matière physique présente des propriétés à la fois de particules et d'ondes, et l'informatique quantique exploite ce comportement, en particulier la superposition et l'intrication quantiques, à l'aide d'un matériel spécialisé qui prend en charge la préparation et la manipulation des états quantiques.

En informatique quantique, un qubit ou bit quantique est une unité de base de l'information quantique, la version quantique du bit binaire classique réalisée physiquement avec un dispositif à deux états. Un qubit est un système mécanique quantique à deux états (ou deux niveaux), l'un des systèmes quantiques les plus simples présentant la particularité de la mécanique quantique. Dans un système classique, un bit devrait être dans l'un ou l'autre état. Cependant, la mécanique quantique permet au qubit d'être dans une superposition cohérente de plusieurs états simultanément, une propriété qui est fondamentale pour la mécanique quantique et l'informatique quantique.

La physique classique ne peut pas expliquer le fonctionnement de ces dispositifs quantiques, et un ordinateur quantique évolutif pourrait effectuer certains calculs exponentiellement plus rapidement que n'importe quel ordinateur "classique" moderne. En particulier, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait casser des systèmes de chiffrement largement utilisés et aider les physiciens à effectuer des simulations physiques ; cependant, l'état actuel de la technologie est largement expérimental et peu pratique, avec plusieurs obstacles à des applications utiles. En outre, les ordinateurs quantiques évolutifs ne sont pas prometteurs pour de nombreuses tâches pratiques, et pour de nombreuses tâches importantes, les accélérations quantiques s'avèrent impossibles.

Mais Microsoft annonce avoir fait une avancée majeure pour l'ensemble de l'écosystème quantique. Microsoft et Quantinuum ont démontré que les qubits logiques étaient les plus fiables jamais enregistrés. En appliquant le système révolutionnaire de virtualisation des qubits de Microsoft, avec diagnostic et correction des erreurs, au matériel de piège à ions de Quantinuum, ils ont réalisé plus de 14 000 expériences individuelles sans la moindre erreur. En outre, ils ont démontré que l'informatique quantique était plus fiable en effectuant des diagnostics et des corrections d'erreurs sur des qubits logiques sans les détruire. Cela permet de passer du niveau quantique intermédiaire bruyant (NISQ) actuel au niveau 2 de l'informatique quantique résiliente.

Il s'agit d'une étape sur la voie de la construction d'un système de supercalculateur hybride capable de transformer la recherche et l'innovation dans de nombreux secteurs. Elle est rendue possible par l'avancée collective du matériel quantique, de la virtualisation et de la correction des qubits, et des applications hybrides qui tirent parti du meilleur de l'IA, du supercalculateur et des capacités quantiques. Avec un superordinateur hybride alimenté par 100 qubits logiques fiables, les organisations commenceraient à bénéficier d'un avantage scientifique, tandis qu'une mise à l'échelle plus proche de 1 000 qubits logiques fiables débloquerait un avantage commercial.

Microsoft annonce que les capacités avancées basées sur ces qubits logiques seront disponibles en avant-première privée pour les clients d'Azure Quantum Elements dans les mois à venir.


Une plateforme informatique spécialement conçue pour la science

Un grand nombre des problèmes les plus difficiles auxquels la société est confrontée, tels que l'inversion du changement climatique, la lutte contre l'insécurité alimentaire et la résolution de la crise énergétique, relèvent de la chimie et de la science des matériaux. Cependant, le nombre de molécules et de matériaux stables possibles pourrait dépasser le nombre d'atomes dans l'univers observable. Même un milliard d'années de calcul classique ne suffirait pas à les explorer et à les évaluer tous.

C'est pourquoi la promesse de l'informatique quantique est si attrayante. Les ordinateurs quantiques à grande échelle permettraient de simuler les interactions des molécules et des atomes au niveau quantique, au-delà de la portée des ordinateurs classiques, et de trouver des solutions susceptibles de catalyser des changements positifs dans notre monde. Mais l'informatique quantique n'est qu'un moyen parmi d'autres de parvenir à ces percées scientifiques.

Qu'il s'agisse d'augmenter la productivité de l'industrie pharmaceutique ou de mettre au point la prochaine batterie durable, l'accélération des découvertes scientifiques nécessite une plateforme de calcul hybride spécialement conçue à cet effet. Les chercheurs doivent avoir accès au bon outil à la bonne étape de leur pipeline de découverte afin de résoudre efficacement chaque couche de leur problème scientifique et d'obtenir des informations là où elles sont les plus importantes. C'est ce que Microsoft veut construire avec Azure Quantum Elements, permettant aux organisations de transformer la recherche et le développement avec des capacités telles que le criblage d'ensembles de données massives avec l'IA, la réduction des options avec le calcul haute performance (HPC) ou l'amélioration de la précision des modèles avec la puissance de l'informatique quantique à l'échelle à l'avenir.

Vers la résilience

L'analogie du "bateau qui prend l'eau" aide à expliquer pourquoi la fidélité et la correction des erreurs sont si importantes pour l'informatique quantique. En bref, la fidélité est la valeur utilisée pour mesurer la fiabilité avec laquelle un ordinateur quantique peut produire un résultat significatif. Ce n'est qu'avec une bonne fidélité qu'on disposera d'une base solide pour mettre à l'échelle de manière fiable une machine quantique capable de résoudre des problèmes pratiques du monde réel.

Pendant des années, l'une des approches utilisées pour réparer ce "bateau qui prend l'eau" a consisté à augmenter le nombre de qubits physiques bruyants, ainsi que les techniques de compensation de ce bruit, mais sans parvenir à obtenir de véritables qubits logiques avec des taux de correction d'erreur supérieurs. Le principal défaut de la plupart des machines NISQ actuelles est que les qubits physiques sont trop bruyants et sujets aux erreurs pour permettre une correction robuste des erreurs quantiques. Les composants fondamentaux de lindustrie ne sont pas assez performants pour que la correction quantique des erreurs fonctionne, et c'est la raison pour laquelle les systèmes NISQ, même les plus grands, ne sont pas pratiques pour les applications du monde réel.

La tâche qui attend l'ensemble de l'écosystème quantique est d'accroître la fidélité des qubits et de permettre un calcul quantique tolérant aux pannes afin de pouvoir utilisé une machine quantique pour débloquer des solutions à des problèmes jusqu'alors insolubles. En bref, on doit passer à des qubits logiques fiables - créés en combinant plusieurs qubits physiques pour en faire des qubits logiques afin de se protéger contre le bruit et de soutenir un calcul de longue durée (c'est-à-dire résilient). Cela n'est possible qu'avec une co-conception soigneuse du matériel et du logiciel. En disposant de composants matériels de haute qualité et de capacités de traitement des erreurs révolutionnaires conçues pour cette machine, on peut obtenir de meilleurs résultats que n'importe quel composant individuel. C'est ce que Microsoft annonce avoir réussi.

Une percée dans le traitement des erreurs quantiques

[QUOTE]Microsoft :

C'est pourquoi nous vivons aujourd'hui un moment historique : pour la première fois dans l'histoire de l'industrie, nous passons du niveau 1 de l'informatique quantique fondamentale au niveau 2 de l'informatique quantique résiliente. Nous entrons maintenant dans la phase suivante pour résoudre des problèmes significatifs avec des ordinateurs quantiques fiables. Notre système de virtualisation des qubits, qui filtre et corrige les erreurs, combiné au matériel de Quantinuum, a permis d'obtenir le plus grand écart entre les taux d'erreurs physiques et logiques signalés à ce jour. Il s'agit du premier système démontré avec quatre qubits logiques qui améliore le taux d...