Démonstration de chirurgie sur réseau : progrès en informatique quantique tolérante aux pannes

Une équipe de scientifiques, dirigée par des chercheurs de l'ETH Zurich, a récemment démontré une méthode d'intrication quantique par manipulation de réseaux cristallins. Ce procédé permet aux ingénieurs de concevoir des ordinateurs quantiques plus puissants, d'accroître les capacités déjà impressionnantes de ces dispositifs et d'ouvrir la voie à leur utilisation future. Voici ce qu'il faut retenir.

Qu'est-ce qui rend les ordinateurs quantiques fondamentalement différents ?

Les ordinateurs quantiques sont considérés par beaucoup comme la prochaine étape dans le évolution des ordinateurs. Ces appareils peuvent fournir une puissance de calcul des milliers de fois supérieure, ce qui les rend idéaux pour les calculs scientifiques complexes et bien plus encore.

Les ordinateurs quantiques se sont révélés bien plus puissants que les ordinateurs classiques. Leurs performances supérieures s'expliquent par leur utilisation des qubits, de la superposition, de l'intrication et de l'interférence pour le traitement de l'information. Cette structure permet d'effectuer des millions de calculs en parallèle.

Pourquoi la correction d'erreurs quantiques constitue le principal goulot d'étranglement

Cependant, quand il s’agit de stockage Les données quantiques sont bien plus complexes à manipuler que les bits traditionnels, qui peuvent être dupliqués et stockés. Lors de leur récupération, les copies peuvent être comparées afin de vérifier l'intégrité des données.

La correction d'erreurs quantiques est bien plus complexe pour plusieurs raisons. D'une part, les qubits quantiques ne peuvent être copiés comme les bits classiques. Ils reposent plutôt sur des états intriqués créés entre les qubits. Cet état fragile peut être facilement détruit.

Inversions de bits et inversions de phase

De plus, les ordinateurs quantiques doivent gérer la décohérence et les déphasages. Leur particularité réside dans le fait que les qubits peuvent soudainement et sans avertissement basculer leur phase de positive à négative. Ce phénomène a rendu le stockage de données quantiques sur de longues périodes plus complexe.

Comment les ingénieurs résolvent ce problème

Plusieurs méthodes ont été explorées par les ingénieurs pour corriger ces décalages quantiques. L'une des plus courantes consiste à créer un qubit logique à partir de divers autres qubits. Une fois créé, ce qubit fait l'objet d'une correction d'erreurs continue afin d'en garantir la précision.

Ce processus exige que les scientifiques mesurent en permanence l'état de stabilisateurs spécialement conçus à cet effet. Ces stabilisateurs permettent aux ingénieurs de surveiller toute variation du qubit sans en altérer la valeur. Ils accomplissent cette tâche en fournissant des lectures de bits et de phase traçables.

Ce processus crée des qubits de données. Ces qubits servent à stocker l'état de correction. Des problèmes surviennent car la plupart des ordinateurs quantiques reposent sur des réseaux bidimensionnels de qubits supraconducteurs.

Ces qubits restent figés dans l'espace et leur déplacement altère leur état quantique. Les stabilisateurs contribuent à maintenir cette stabilité. Cependant, ils ne fonctionnent qu'avec des qubits adjacents, ce qui les rend idéaux uniquement pour les applications bidimensionnelles et limite considérablement leur champ d'application.

Étude sur la chirurgie de réseau des bits quantiques

Afin d'améliorer les capacités de l'informatique quantique, des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Institut Paul Scherrer ont publié «Chirurgie de réseau réalisée sur deux codes de répétition à distance trois avec des qubits supraconducteurs¹” étude dans Nature Physics.

Cet article présente une nouvelle méthodologie pour l'intrication quantique et les stabilisateurs. Cette nouvelle approche permet aux ordinateurs quantiques d'effectuer des opérations quantiques entre qubits logiques supraconducteurs tout en assurant une correction d'erreurs en temps réel.

Qu’est-ce que la chirurgie de réseau en informatique quantique ?

Au cœur de cette innovation se trouve la chirurgie de réseau. Cette technique consiste à interconnecter des codes topologiques entre des qubits logiques. Cette approche permet de réaliser des configurations de qubits 2D ainsi que des opérations de portes logiques tolérantes aux pannes.

Grâce à la manipulation de réseaux cristallins, les ingénieurs ont pu appliquer des portes logiques entre des qubits codés, même non adjacents. Cette stratégie évite tout contact direct entre les qubits, réduisant ainsi les erreurs dues à la décohérence.

La chirurgie de réseau repose sur l'utilisation de patchs, c'est-à-dire des qubits auxquels on a appliqué des stabilisateurs. Ce procédé assemble temporairement ces portes logiques, permettant ainsi des contrôles de parité et un espace de codage plus étendu pour le traitement. Notamment, ce travail constitue l'une des premières démonstrations expérimentales de chirurgie de réseau réalisée entre des qubits logiques encodés, à l'aide d'un matériel de codage de surface supraconducteur, tout en maintenant une correction d'erreurs en temps réel pendant l'opération.

Comment l'expérience de chirurgie en réseau a été menée

Les ingénieurs ont effectué plusieurs tests pour vérifier l'exactitude de leurs calculs. Dans un premier temps, l'équipe a créé un dispositif quantique. La porte logique était composée de 17 qubits supraconducteurs disposés en une forme approximativement carrée.

Après avoir intriqué deux qubits, les ingénieurs se concentrent sur les opérations de séparation. Pour ce faire, ils encodent les qubits logiques par des répétitions d'inversion de bits. Ils surveillent ensuite les résultats des stabilisateurs toutes les 1.66 microsecondes, tout en effectuant des corrections d'inversion de bits et de phase.

Cette méthode divise le carré de code de surface en deux, ce qui facilite son suivi et son contrôle. De manière significative, les résultats des tests ont démontré la justesse de leurs hypothèses.

Chirurgie sur réseau de bits quantiques – Résultats des tests

Les ingénieurs ont constaté que les erreurs d'inversion de bits étaient corrigées en temps réel. Ils ont observé une amélioration par rapport aux circuits non codés soumis au même processus, ce qui leur a permis de créer avec succès deux qubits logiques intriqués.

Chirurgie sur réseau pour les bits quantiques : avantages

Cette étude présente de nombreux avantages pour le marché. Elle ouvre notamment la voie à des ordinateurs quantiques plus puissants et plus précis. La capacité à réduire et à intégrer la tolérance aux pannes et les corrections dans ces dispositifs permettra aux futures versions d'offrir des performances et une stabilité accrues.

Chirurgie sur réseau à l'aide de bits quantiques : applications concrètes et chronologie

Ces travaux présentent plusieurs applications. Principalement, cette recherche contribuera à développer et à améliorer le secteur émergent de l'informatique quantique. Elle confère une stabilité accrue à ces dispositifs, permettant aux ingénieurs de créer des unités plus puissantes, exploitant un nombre encore plus important de qubits pour leur fonctionnement.

Chronologie de la chirurgie de réseau sur les bits quantiques

D'après les ingénieurs, il reste encore beaucoup de travail à accomplir avant que cette technologie ne soit prête et applicable aux dispositifs quantiques avancés actuels. Cependant, on peut s'attendre à voir son application dans le secteur au cours des 7 à 10 prochaines années, parallèlement à une adoption accrue des ordinateurs quantiques.

Chirurgie sur réseau pour les bits quantiques : des chercheurs

Des chercheurs de plusieurs institutions prestigieuses ont participé à cette étude. Plus précisément, le professeur Andreas Wallraff (doctorant en physique) a dirigé la recherche, tandis que le professeur Markus Müller (université RWTH d'Aix-la-Chapelle et centre de recherche de Jülich) en a été co-auteur.

L'article cite également Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah et Dante Colao Zanuz comme contributeurs.

Chirurgie sur réseau pour l'avenir des bits quantiques

L'avenir de cette technologie est prometteur. L'objectif est de l'intégrer à d'autres avancées récentes afin d'aider les ingénieurs à atteindre leur but ultime : construire des ordinateurs quantiques performants utilisant des milliers de qubits plutôt que des dizaines.

Investir dans l'innovation quantique

Le secteur de l'informatique quantique est dominé par plusieurs entreprises de recherche qui ont investi des millions dans cette technologie. Ces groupes continuent d'explorer cette technologie avec un esprit d'innovation, contribuant ainsi à découvrir des approches auparavant considérées comme impossibles. Voici une entreprise qui a contribué à favoriser les développements futurs et l'adoption de cette technologie.

Rigetti Computing

Rigetti Computing a été fondée en 2013 par Chad Rigetti avec l'objectif précis de construire les ordinateurs quantiques les plus puissants au monde grâce à la technologie des qubits supraconducteurs. Contrairement à IonQ, qui utilise des ions piégés, l'approche de Rigetti, axée sur les circuits supraconducteurs, est plus en phase avec les recherches menées à l'ETH Zurich sur la modification du réseau cristallin des qubits logiques supraconducteurs.

En 2018, Rigetti a présenté une puce de 128 qubits et, depuis, l'entreprise est pionnière dans le développement de l'informatique quantique « full-stack ». Elle possède notamment l'usine Fab-1, la première fonderie quantique dédiée au monde, où elle conçoit et fabrique ses propres processeurs quantiques.

Rigetti a réalisé des progrès considérables dans le domaine de l'informatique hybride quantique-classique. Sa plateforme Quantum Cloud Services (QCS) intègre des processeurs quantiques à une infrastructure classique haute performance, une nécessité pour la correction d'erreurs en temps réel étudiée dans les recherches actuelles. En 2021, Rigetti est entrée en bourse suite à sa fusion avec Supernova Partners Acquisition Company II et est cotée au NASDAQ.

Aujourd'hui, Rigetti développe activement ses systèmes de classe Ankaa, qui utilisent un réseau carré de coupleurs accordables. Cette architecture est spécifiquement conçue pour prendre en charge le type d'opérations tolérantes aux pannes et d'encodage logique des qubits démontré dans la dernière étude de l'ETH Zurich.

Dernières actualités et performances de Rigetti Computing (RGTI)

Chirurgie sur réseau à l'aide de bits quantiques | Conclusion

Les ordinateurs quantiques promettent une puissance de calcul inégalée, mais leur fragilité les rend inaccessibles à la plupart des gens, tant pour leur utilisation que pour leur acquisition. Ces travaux récents contribueront à stabiliser ces dispositifs, rapprochant ainsi le monde d'une solution abordable et fiable. Pour cette raison, et bien d'autres, ces ingénieurs méritent une ovation.

Découvrez d'autres avancées majeures dans le domaine de l'informatique quantique. ici.

Références

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Chirurgie de réseau réalisée sur deux codes de répétition à distance trois avec des qubits supraconducteurs. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}