Des scientifiques d'Oxford réduisent l'erreur quantique à un niveau record

L'intérêt croissant pour la technologie quantique fait que la taille de son marché dépasse 1 milliard de dollars et devrait être évaluée à plus de 170 milliards de dollars d’ici 2040. Selon McKinsey, la technologie quantique pourrait créer des milliers de milliards de dollars de valeur au cours de la prochaine décennie. 

Dans l’écosystème de la technologie quantique, l’informatique quantique en particulier recèle un vaste potentiel. Il s’agit de l’utilisation de la mécanique quantique, qui traite simplement du comportement de la matière et de l’énergie aux niveaux atomique et subatomique, pour résoudre des problèmes complexes. 

L’informatique quantique devrait avoir un impact profond dans divers domaines, notamment la technologie, la recherche, la science, la finance et l’économie.

Contrairement aux ordinateurs classiques, comme nos ordinateurs portables, qui stockent et traitent l'information en bits, chaque bit étant un zéro ou un un, l'unité de base de l'informatique quantique est le qubit. Une puce quantique est composée de plusieurs éléments. bits quantiques, ou qubits, qui sont généralement des particules subatomiques telles que des électrons ou des photons, manipulées et contrôlées par des champs électriques et magnétiques spécialement conçus.

Les qubits peuvent être à l'état zéro, à l'état un ou à une combinaison des deux. Cette combinaison, appelée « état de superposition », est une propriété particulière qui permet aux ordinateurs quantiques de stocker et de traiter des ensembles de données extrêmement volumineux bien plus rapidement que les ordinateurs classiques les plus puissants.

Il existe aujourd’hui de nombreuses façons différentes de fabriquer ces qubits, notamment en utilisant des semi-conducteurs, la photonique, des dispositifs supraconducteurs et d’autres approches.

La qualité des qubits est ici primordiale. Cependant, ils sont sensibles aux erreurs ou au bruit, des perturbations indésirables pouvant provenir de multiples sources. Ces sources peuvent inclure, entre autres, les variations de température, les imperfections du procédé de fabrication et les interactions avec l'environnement du qubit.

Ces erreurs réduisent la fiabilité d'un qubit, appelée fidélité. Un qubit de haute fidélité est essentiel pour puce quantique pour effectuer des tâches complexes.

Faire de la fiabilité quantique une réalité

Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont travaillé sur les qubits logiques, c'est-à-dire des qubits codés à l'aide d'un ensemble de qubits physiques pour se protéger des erreurs. Alors que les qubits physiques représentent le matériel quantique réel, un qubit logique est une abstraction imitant un qubit tolérant aux pannes.

Les principaux développeurs de puces quantiques se sont concentrés sur les qubits logiques et réalisent des progrès significatifs dans les corrections d’erreurs quantiques.

Par exemple, en décembre 2024, Google (GOOG )  dévoilé Sa puce quantique, baptisée Willow, repose sur des qubits supraconducteurs. Cette nouvelle puce a été présentée comme une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, bien qu'elle n'ait actuellement aucune application concrète.

En règle générale, plus on utilise de qubits, plus il y a d'erreurs. se produisent, et le système devient classique. Cependant, Google démontré¹ que plus ils utilisaient de qubits dans Willow, moins ils réduisaient les erreurs, et plus le système devenait quantique. 

Le géant technologique a pu réduire les erreurs de manière « exponentielle » en augmentant le nombre de qubits, a déclaré Hartmut Neven, fondateur de Google Quantum AI. Cela « résout un défi majeur de la correction d'erreurs quantiques que ce domaine poursuit depuis près de 30 ans », a-t-il ajouté.

Pour mesurer les performances de Willow, Google a utilisé la norme d'échantillonnage aléatoire (RCS). Sa puce quantique a réalisé en moins de cinq minutes un calcul qui prendrait dix milliards d'années à un supercalculateur.

En février de cette année, Microsoft (MSFT ) aussi dévoilé Le premier processeur quantique au monde alimenté par des qubits topologiques. Majorana 1 est conçu pour accueillir jusqu'à un million de qubits sur une seule puce. Grâce à cette réussite, le géant technologique affirme être en bonne voie pour construire un prototype d'ordinateur quantique évolutif et tolérant aux pannes d'ici quelques années seulement.

Majorana 1 repose sur la percée technologique réalisée par l'équipe, notamment le topoconducteur, une classe de matériaux ayant permis la création de la supraconductivité topologique. Ce matériau est le résultat de la fabrication d'un dispositif combinant l'aluminium (un supraconducteur) et l'arséniure d'indium (un semi-conducteur).

Lorsque ce dispositif est refroidi à près de zéro puis réglé avec des champs magnétiques, il forme des nanofils supraconducteurs topologiques, dont les extrémités contiennent des modes zéro de Majorana (MZM) qui servent de blocs de construction à leurs qubits.

Pour exploiter pleinement les promesses de la physique quantique, l’équipe a déjà placé huit qubits topologiques sur une puce conçue pour en héberger un million.

Même Amazon a annoncé sa puce quantique appelée « Ocelot » qui utilise une architecture évolutive pour réduire la correction d'erreur jusqu'à 90 %. 

La puce est composée de deux micropuces de silicium intégrées, chacune d'une surface d'environ un centimètre carré, collées l'une sur l'autre dans un empilement de puces connectées électriquement. La surface de chaque micropuce est recouverte de fines couches de matériaux supraconducteurs, formant les éléments du circuit quantique.

La puce Ocelot est composée de 14 éléments principaux, dont cinq qubits de données (qubits cat), cinq autres pour stabiliser les qubits de données et quatre autres qubits pour détecter les erreurs sur les qubits de données.

Les qubits de chat stockent les états quantiques, pour lesquels ils s'appuient sur des oscillateurs, qui sont constitués d'un mince film de tantale et produisent régulièrement un signal électrique répétitif. 

« Avec les progrès récents de la recherche quantique, la question n'est plus de savoir si, mais quand des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes seront disponibles pour des applications concrètes. Ocelot représente une étape importante dans cette voie. »

– Oskar Painter, directeur du matériel quantique chez AWS.

On pense que l’architecture Ocelot accélère leur « calendrier vers un ordinateur quantique pratique jusqu’à cinq ans ».

La course vers des systèmes quantiques tolérants aux pannes

L’amélioration de la précision des calculs quantiques est au cœur des préoccupations des entreprises et des chercheurs du monde entier, et des progrès significatifs ont été réalisés dans ce domaine.

Il y a quelques années à peine, les chercheurs du MIT présenté Un nouveau système de qubits supraconducteurs capable d'effectuer des opérations entre qubits avec une grande précision. Ce nouveau type de qubit supraconducteur est le fluxonium, dont la durée de vie, ou temps de cohérence, peut être bien supérieure à celle des qubits couramment utilisés. 

Le temps de cohérence est une mesure de la durée pendant laquelle un qubit peut effectuer des opérations avant que toutes les informations du qubit ne soient perdues.

« Plus un qubit vit longtemps, plus les opérations qu'il tend à promouvoir sont fidèles. »

– Auteur principal, Leon Ding

L'architecture, quant à elle, impliquait un élément de couplage spécial entre deux qubits de fluxonium, leur permettant d'effectuer des opérations logiques, appelées portes, avec une grande précision. Elle supprimait le bruit de fond susceptible d'entraîner des erreurs dans les opérations quantiques.

La précision des portes à deux qubits a dépassé 99.9 %, contre 99.99 % pour les portes à un seul qubit. L'architecture, quant à elle, a été implémentée sur une puce grâce à un procédé de fabrication extensible.

« La construction d'un ordinateur quantique à grande échelle commence par des qubits et des portes robustes », a déclaré Ding. L'étude a révélé un système à deux qubits très prometteur. Les qubits de fluxonium ont atteint des temps de cohérence supérieurs à une milliseconde. L'étape suivante consiste à augmenter le nombre de qubits.

Il y a quelques mois, les chercheurs du MIT ont également dévoilé Un circuit quantique supraconducteur permettant un fort couplage non linéaire entre photons (lumière micro-onde) et atomes artificiels (qubits). Il pourrait permettre la lecture et le traitement d'informations quantiques en quelques nanosecondes.

Pour cela, les chercheurs ont utilisé un cadre de circuit supraconducteur unique pour montrer un couplage lumière-matière non linéaire, qui est nettement plus fort que ce qui avait été observé auparavant et peut permettre à un processeur quantique de fonctionner jusqu'à 10 fois plus rapidement.

Selon l’auteur principal Yufeng « Bright » Ye :

Cela éliminerait véritablement l'un des goulots d'étranglement de l'informatique quantique. Habituellement, il faut mesurer les résultats des calculs entre chaque cycle de correction d'erreurs. Cela pourrait accélérer notre passage à l'informatique quantique tolérante aux pannes et nous permettre d'exploiter pleinement nos ordinateurs quantiques.

Ye a notamment inventé un nouveau type de coupleur quantique pour faciliter les interactions entre qubits. Le coupleur à quartons est un circuit supraconducteur spécial capable de générer un couplage non linéaire extrêmement fort. En lui injectant davantage de courant, le coupleur crée une interaction non linéaire encore plus forte. Ye a expliqué :

La plupart des interactions utiles en informatique quantique proviennent du couplage non linéaire de la lumière et de la matière. En élargissant la gamme de couplages et en augmentant leur intensité, on peut considérablement accroître la vitesse de traitement de l'ordinateur quantique. 

Grâce à ces travaux, les chercheurs espèrent que d’autres seront en mesure de construire un ordinateur quantique tolérant aux pannes pour un calcul quantique pratique à grande échelle.

Les innovations du groupe de travail sur la nanofabrication du SQMS ont, quant à elles, atteint² des temps de cohérence allant jusqu'à 0.6 milliseconde, ce qui était le résultat d'une conception optimisée des qubits et de résonateurs de lecture améliorés, qui ont tous deux amélioré la stabilité et la cohérence. 

Cette collaboration entre le National Institute of Standards and Technology (NIST), le Centre des matériaux et systèmes quantiques supraconducteurs (SQMS) du Fermilab et plusieurs autres partenaires gouvernementaux, universitaires et industriels vise à rapprocher la recherche quantique de la réalité. 

Au milieu de toutes ces initiatives visant à construire des ordinateurs quantiques évolutifs et tolérants aux pannes, les physiciens de l'Université d'Oxford ont établi un nouveau record mondial de précision de fonctionnement des qubits.

Établir une nouvelle référence mondiale en matière de précision quantique

La nouvelle étude, publié dans Physical Review Letters³, montre que les physiciens d'Oxford ont atteint un taux d'erreur de seulement 0.000015 % pour une seule opération de logique quantique. 

Cela représente une erreur sur 6.7 millions d'opérations, ce qui constitue un nouveau record en matière de précision des opérations sur les qubits et un grand pas en avant vers des ordinateurs quantiques plus robustes et plus utiles pour résoudre des problèmes très complexes avec moins de qubits physiques et des exigences d'infrastructure réduites.

À notre connaissance, il s'agit de l'opération de qubit la plus précise jamais enregistrée au monde. C'est une étape importante vers la construction d'ordinateurs quantiques pratiques capables de résoudre des problèmes concrets. 

– Le co-auteur de l'étude, le professeur David Lucas, Département de physique, Université d'Oxford

Ce qui est intéressant, c'est que cette percée bat le précédent record établi par la même équipe. Ce nouveau record est environ sept fois plus précis que le précédent.

Il y a un peu plus de dix ans, l'équipe mis en œuvre⁴ toutes les opérations à qubit unique avec des fidélités bien supérieures au seuil minimum requis pour l'informatique quantique tolérante aux pannes, en utilisant un qubit à ions piégés stocké dans des états « d'horloge atomique » hyperfins. À l’époque, leur taux d’erreur par qubit était de 1 sur 1 million. 

Ce succès a conduit au lancement de la société dérivée Oxford Ionics en 2019, devenue leader dans les plateformes de qubits à ions piégés hautes performances. En mai 2025, elle décrit Trois phases de développement à court terme : « Foundation », « Enterprise-grade » et « Value at scale », visant à atteindre une large valeur commerciale au cours des trois prochaines années et à livrer 3 million de dispositifs qubit. La semaine dernière, Oxford Ionics a conclu un accord. accord au IonQ (IONQ ) pour l'acquérir pour 1.075 milliard de dollars.

Aujourd’hui, la même équipe a franchi une nouvelle étape en réduisant la probabilité que les portes logiques quantiques commettent des erreurs.

Effectuer des calculs utiles sur un ordinateur quantique nécessite l'exécution de millions d'opérations sur de nombreux qubits. Or, un taux d'erreur aussi élevé peut rendre le résultat final dénué de sens et d'utilité.

Corriger l'erreur peut la corriger, mais cela nécessite encore plus de qubits. Ainsi, en réduisant l'erreur, la nouvelle étude réduit le nombre de qubits nécessaires, ce qui diminue la taille et le coût de l'ordinateur quantique.

« En réduisant considérablement le risque d'erreur, ces travaux allègent considérablement l'infrastructure nécessaire à la correction des erreurs, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques plus compacts, plus rapides et plus performants. Le contrôle précis des qubits sera également utile pour d'autres technologies quantiques telles que les horloges et les capteurs quantiques », a déclaré Molly Smith, co-auteure principale de l'étude et étudiante en master à Oxford.

Afin d’atteindre un niveau de précision sans précédent, les physiciens ont utilisé un ion calcium piégé comme bit quantique ou qubit.

Les ions calcium sont couramment utilisés pour stocker l'information quantique en raison de leurs longs temps de cohérence et de leur grande fidélité dans les opérations quantiques. Ils sont également très robustes et faciles à manipuler par laser.

L'équipe d'Oxford n'a cependant pas utilisé l'approche laser conventionnelle ; elle a plutôt utilisé des signaux électroniques (micro-ondes) pour contrôler l'état quantique des ions calcium.

Grâce à cette technique, ils ont pu bénéficier d'une plus grande stabilité que celle offerte par le contrôle laser. Mais ce n'est pas tout. Comparé aux lasers, le contrôle électronique est également plus économique et plus robuste. Il est également plus facile à intégrer dans les puces de piégeage d'ions. 

De plus, l’expérience a été menée sans blindage magnétique et à température ambiante, ce qui simplifie les exigences techniques pour un ordinateur quantique fonctionnel.

L'équipe a ainsi pu réduire l'erreur de près d'un ordre de grandeur cette fois-ci grâce à un meilleur contrôle de l'amplitude et du désaccord des micro-ondes grâce à des procédures d'étalonnage automatisées. De plus, la réduction de l'excitation des transitions spectateurs grâce à des divisions Zeeman plus importantes, ainsi que l'utilisation de la mise en forme des impulsions, ont contribué à ce résultat. 

Cette précision record est une prouesse considérable ; elle ne représente cependant qu'une partie d'un défi plus vaste. Comme l'a souligné l'équipe, l'informatique quantique nécessite le fonctionnement simultané de portes à un et deux qubits, et les portes à deux qubits présentent encore des taux d'erreur élevés.

Actuellement, le meilleur taux d’erreur est d’environ 1 sur 2000, donc pour construire une machine quantique entièrement tolérante aux pannes, l’équipe doit réduire ce nombre.

Les opérations à qubit unique haute fidélité ont encore de nombreuses utilisations, tant dans l'information quantique qu'au-delà, notamment pour protéger les qubits « inactifs » via un découplage dynamique, dans les applications de détection quantique et les séquences d'impulsions composites pour traiter les qubits individuels et compenser les erreurs.

Investir dans l'informatique quantique

International Business Machines Corporation (IBM ), connue pour ses plateformes de cloud hybride et d'IA ainsi que pour ses services de conseil et d'infrastructure, explore la technologie quantique depuis les années 1970. En 2016, elle a lancé le Expérience IBM Quantum, qui a placé le premier processeur quantique sur le cloud, le rendant ainsi accessible à tous.

IBM (IBM ) 

Au fil des années, IBM a poursuivi ses recherches dans ce domaine et a annoncé la semaine dernière son intention de disposer d’un ordinateur quantique pratique d’ici 2029.

Surnommé « Starling », l'ordinateur quantique tolérant aux pannes doté de 200 qubits logiques sera construit dans un centre de données en construction à Poughkeepsie, dans l'État de New York.

Selon certaines informations, l'équipe aurait développé un nouvel algorithme réduisant considérablement le nombre de qubits nécessaires à la correction des erreurs. Jay Gambetta, responsable de l'initiative quantique d'IBM, a déclaré lors d'une interview :

Nous avons répondu à ces questions scientifiques. Nul besoin de miracle maintenant. Il faut maintenant un grand défi d'ingénierie. Il n'est pas question de réinventer des outils ou quoi que ce soit de ce genre.

Si l'on considère la capitalisation boursière d'IBM (257.64 milliards de dollars), ses actions se négocient actuellement à 278 dollars, en hausse de 26.11 % depuis le début de l'année. L'action IBM a même atteint un record historique (ATH) à 281.75 dollars la semaine dernière.

Avec cela, son BPA (TTM) est de 5.85 et le P/E (TTM) est de 47.42, tandis que le rendement du dividende offert est de 2.42 %.

Concernant les finances d'IBM, la société a déclaré un chiffre d'affaires de 14.5 milliards de dollars pour le premier trimestre 2025. La marge bénéficiaire brute GAAP au cours de cette période était de 55.2 %, tandis que la marge opérationnelle non GAAP était de 56.6 %. Sa marge bénéficiaire avant impôts GAAP, quant à elle, était de 8 %, et la marge opérationnelle non GAAP de 12 %.

« Nous avons dépassé nos attentes en termes de chiffre d'affaires, de rentabilité et de flux de trésorerie disponible au cours du trimestre, grâce à la solidité de notre portefeuille de logiciels. La demande pour l'IA générative reste forte et notre portefeuille d'affaires s'élève à plus de 6 milliards de dollars depuis sa création, en hausse de plus d'un milliard de dollars sur le trimestre. » 

– PDG Arvind Krishna

Au premier trimestre de cette année, la trésorerie nette générée par les activités d'exploitation s'est élevée à 4.4 milliards de dollars, tandis que le flux de trésorerie disponible s'est établi à 2 milliards de dollars. IBM a terminé le trimestre avec 17.6 milliards de dollars de trésorerie, de liquidités soumises à restrictions et de titres négociables.

Grâce à sa solide position de liquidité et à son solide flux de trésorerie disponible, l'entreprise a versé 1.5 milliard de dollars de dividendes à ses actionnaires. Elle a également investi 7.1 milliards de dollars dans des acquisitions, dont l'acquisition de HashiCorp. Selon Krishna :

« Nous restons optimistes quant aux opportunités de croissance à long terme pour la technologie et l’économie mondiale. » 

Actualités et développements récents concernant l'action d'IBM (International Business Machines Corporation)

Conclusion : Prochaines étapes vers la réalité quantique

Des scientifiques aux entreprises et aux gouvernements, chacun s'implique activement et profondément pour faire des ordinateurs quantiques une réalité. Les dernières avancées de l'équipe d'Oxford et des géants de la technologie améliorent considérablement la fidélité des qubits et rendent la correction des erreurs plus efficace. Le prochain saut quantique pourrait donc se produire prochainement, rendant ainsi les machines quantiques pratiques inévitables !

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Études référencées :

^{1. Google Quantum AI et collaborateurs. Correction d'erreurs quantiques sous le seuil de code de surface. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, AA; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce : Vers la fabrication de qubits supraconducteurs à haute cohérence. Conférence, 20 septembre 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C. ; Leu, A. D. ; Miyanishi, K. ; et al. Portes à qubit unique avec erreurs au niveau 10⁻⁷. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. Préparation haute fidélité, portes, mémoire et lecture d'un bit quantique à ions piégés. Phys. Rév. Lett. 2014 113 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}