Google annonce Willow, une puce quantique de pointe qui a réalisé une percée majeure dans la correction quantique des erreurs

Qui pourrait permettre la création d'ordinateurs quantiques pratiques d'ici 2030

Google a mis au point une nouvelle puce quantique appelée Willow, qui réduit considérablement les erreurs au fur et à mesure qu'elle s'étend, ce qui constitue une avancée majeure dans la correction quantique des erreurs. Willow a également réalisé en moins de cinq minutes un calcul qui prendrait 10 quadrillions d'années à un superordinateur, démontrant ainsi son potentiel pour résoudre des problèmes complexes hors de portée des ordinateurs classiques. Cette réalisation marque une étape importante vers la construction d'ordinateurs quantiques commercialement pertinents, susceptibles de révolutionner des domaines tels que la médecine, l'énergie et l'intelligence artificielle.

Un ordinateur quantique est un ordinateur qui exploite les phénomènes de la mécanique quantique. En principe, un ordinateur classique peut résoudre les mêmes problèmes de calcul qu'un ordinateur quantique, s'il dispose de suffisamment de temps. Mais un ordinateur quantique serait capable d'effectuer certains calculs exponentiellement plus rapidement que n'importe quel ordinateur "classique" moderne. L'informatique quantique est annoncée comme l'une des prochaines plus grandes révolutions technologiques, mais pour l'instant, la technologie n'est pas encore utilisable pour le travail réel.

Mais l'informatique quantique pourrait bientôt devenir une réalité. Google a récemment annoncé une nouvelle puce quantique qui a résolu un problème que le meilleur superordinateur aurait mis 10 quadrillions d'années à résoudre. Le nouveau processeur quantique "Willow" de Google, d'une capacité de 105 qubits, a franchi une étape clé proposée pour la première fois en 1995, les erreurs diminuant désormais de manière exponentielle à mesure que l'on augmente la taille des ordinateurs quantiques. Cette avancée permettra aux ordinateurs quantiques d'être de moins en moins sujets aux erreurs au fur et à mesure qu'ils grandissent, franchissant ainsi une étape importante qui permet de surmonter un obstacle vieux de plusieurs dizaines d'années.


Les ordinateurs quantiques sont intrinsèquement "bruyants", ce qui signifie qu'en l'absence de technologies de correction des erreurs, un qubit sur 1 000 - les éléments fondamentaux d'un ordinateur quantique - est défaillant. Cela signifie également que les temps de cohérence (la durée pendant laquelle les qubits peuvent rester dans une superposition afin de pouvoir effectuer des calculs en parallèle) restent courts. En revanche, dans les ordinateurs conventionnels, un bit sur un milliard de milliards tombe en panne.

Ce taux d'erreur élevé est l'un des principaux obstacles à la mise à l'échelle de ces machines afin qu'elles soient suffisamment performantes pour surpasser les superordinateurs les plus rapides. C'est pourquoi la recherche s'est concentrée sur la construction d'ordinateurs quantiques dotés de qubits plus performants et moins sujets aux erreurs, et non simplement plus nombreux. Google affirme que sa nouvelle unité de traitement quantique (QPU), baptisée "Willow", est la première au monde à obtenir des résultats "inférieurs au seuil", une étape décrite par l'informaticien Peter Shor dans un article de 1995.

Pour rappel, outre les problèmes de calculs actuels, l'informatique quantique est également confrontée à un battage médiatique énorme, qui empêche de voir l'état actuel de la technologie. De nombreux experts affirment que la technologie est loin d'être mature et que les attentes à son égard sont exagérées. En d'autres termes, la révolution de l'ordinateur quantique pourrait être plus éloignée et plus limitée que beaucoup ont été amenés à le croire jusqu'ici. La percée de Google pourrait permettre de mieux situer l'avancée dans le domaine quantique.

Voici l'annonce d'Hartmut Neven, fondateur et dirigeant de Google Quantum AI, de cette percée :

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Découvrez Willow, notre puce quantique de pointe

Aujourd'hui, j'ai le plaisir d'annoncer Willow, notre dernière puce quantique. Willow présente des performances de pointe dans un certain nombre de domaines, ce qui lui permet de réaliser deux grandes choses.

• Tout d'abord, Willow peut réduire les erreurs de manière exponentielle à mesure que nous augmentons l'échelle en utilisant davantage de qubits. Cela permet de relever un défi majeur en matière de correction d'erreurs quantiques, défi que le domaine poursuit depuis près de 30 ans.
• Deuxièmement, Willow a effectué en moins de cinq minutes un calcul de référence standard qui prendrait à l'un des superordinateurs les plus rapides d'aujourd'hui 10 quadrillions (c'est-à-dire 10²⁴) d'années - un nombre qui dépasse largement l'âge de l'univers.
  

La puce Willow est une étape importante d'une aventure qui a commencé il y a plus de dix ans. Lorsque j'ai fondé Google Quantum AI en 2012, ma vision était de construire un ordinateur quantique utile et à grande échelle qui pourrait exploiter la mécanique quantique - le "système d'exploitation" de la nature dans la mesure où nous le connaissons aujourd'hui - au profit de la société en faisant progresser la découverte scientifique, en développant des applications utiles et en s'attaquant à certains des plus grands défis de la société. Dans le cadre de Google Research, notre équipe a établi une feuille de route à long terme, et Willow nous fait progresser de manière significative sur cette voie vers des applications commercialement pertinentes.


Correction exponentielle des erreurs quantiques - sous le seuil !

Les erreurs constituent l'un des plus grands défis de l'informatique quantique, car les qubits, les unités de calcul des ordinateurs quantiques, ont tendance à échanger rapidement des informations avec leur environnement, ce qui rend difficile la protection des informations nécessaires à la réalisation d'un calcul. En règle générale, plus on utilise de qubits, plus il y a d'erreurs, et le système devient classique.

Aujourd'hui, dans Nature, nous avons publié des résultats montrant que plus on utilise de qubits dans Willow, plus on réduit les erreurs et plus le système devient quantique. Nous avons testé des réseaux de qubits physiques de plus en plus grands, passant d'une grille de 3x3 qubits codés à une grille de 5x5, puis à une grille de 7x7 - et à chaque fois, grâce à nos dernières avancées en matière de correction quantique des erreurs, nous avons pu réduire le taux d'erreur de moitié. En d'autres termes, nous avons obtenu une réduction exponentielle du taux d'erreur. Cette réalisation historique est connue dans le domaine sous le nom de « sous le seuil » - être capable de réduire les erreurs tout en augmentant le nombre de qubits. Il faut démontrer que l'on est en dessous du seuil pour faire...