Des opérations dont la fidélité égale ou excède 99,9% (soit 1 erreur toutes les 1000 opérations) ne sont plus une denrée rare dans les ordinateurs quantiques qui exploitent des bits quantiques supraconducteurs, dont ceux d’IBM ou encore de Google.
Mais, selon un article scientifique disponible depuis le 25 août sur Arxiv (donc en attente de relecture par les pairs), la deeptech finlandaise IQM a semble-t-il franchi un cap : son dispositif expérimental a dépassé ce niveau de fidélité à la fois sur des opérations à un qubit, à deux qubits ainsi que sur la mesure du résultat.
L’étude, qui réunit plusieurs dizaines de chercheurs et d’ingénieurs d’IQM répartis entre la Finlande et l’Allemagne, explique pourquoi ce résultat est important. D’ordinaire, ces systèmes quantiques sont optimisés pour améliorer les performances d’un type d’opération, au détriment d’un autre type d’opération. L'expérience d'IQM, s’appuyant sur une stratégie d’optimisation « holistique », mettrait un terme à ce compromis.
Un nouveau protocole pour caractériser les erreurs
Et de belle manière, à lire les chiffres : les équipes d’IQM ont obtenu une fidélité de 99,98 % sur une opération (qu’on appelle aussi une porte) à un qubit et de 99,93 % sur une opération impliquant deux bits – une porte Z contrôlée (CZ) qui agit sur la superposition du second qubit en fonction de l’état du premier qubit.
Le blog d’IQM souligne qu’il s’agit d’un record de fidélité pour une porte CZ opérant sur deux transmons – la variante de qubit supraconducteur utilisée ici et la plus populaire aujourd’hui. Par ailleurs, la fidélité de lecture des deux qubits a atteint simultanément 99,94%, ce qui est également remarquable. L’exactitude de la mesure d’une opération est essentielle pour s’assurer que le résultat est conforme à ce qui est attendu, que ce soit pour des mesures finales ou intermédiaires, ces dernières étant indispensables pour alimenter les algorithmes de correction d’erreurs quantiques.
Pour parvenir à leurs fins, les chercheurs ont notamment optimisé les paramètres de couplage entre les deux qubits-transmons, le coupleur étant lui-même un transmon dont la force de couplage est réglable – une configuration devenue courante ces dernières années. Si le couplage est trop faible, l’intrication entre les qubits n’est pas assez rapide. S’il est trop fort, les qubits tendent à s’hybrider et des erreurs apparaissent. L’article met aussi l’accent sur une nouvelle méthode de caractérisation des erreurs induites par la porte CZ, améliorant la précision du calibrage du système.
La tolérance aux fautes attendue en 2030
En combinant les fidélités exprimées plus haut, l’article conclut que l’erreur globale du système est estimée à 0,0021 (un peu plus de deux erreurs pour 1000 opérations). Ce qui est proche de la valeur nécessaire pour mettre en place un code de correction d’erreurs efficace. Le dispositif expérimenté pour cette étude ne comportait que deux qubits. Mais les chercheurs se montrent confiants s’agissant du passage à l’échelle, en particulier pour mettre en œuvre une matrice 2D de qubits nécessaire à l’exécution d’un code de correction d’erreurs comme le code de surface.
Selon eux, c’est un nouveau pas vers le calcul quantique dit « tolérant aux fautes », qu’IQM espère faire advenir d’ici à 2030. Entretemps, le finlandais continue de fournir des ordinateurs quantiques aux quatre coins du monde. Une machine Radiance à 20 qubits sera livrée ces prochains mois au laboratoire national d’Oak Ridge, aux Etats-Unis. Le Centre de recherche technique de Finlande (VTT) aura quant à lui le privilège d’accueillir une machine à 150 qubits l’an prochain, puis à 300 qubits en 2027.
