31/05/2022 Une informatique quantique tolérante aux fautes

Contrairement aux calculateurs classiques pour lesquels un bit ne peut avoir que deux états, 0 et 1, les bits quantiques peuvent afficher un nombre infini d’états. Leur utilisation pratique dans le cadre de ce que l’on nomme le calcul quantique oblige à résoudre cette difficulté. Elle rend en effet très complexe la correction des erreurs de calcul.

Une équipe de chercheurs autrichiens vient pourtant de publier des recherches dans lesquelles ils affirment avoir trouvé le moyen de surmonter cet obstacle. On trouvera ci-dessous l’abstract et les références de leur article

Ils expliquent que les ordinateurs quantiques sont intrinsèquement beaucoup plus sensibles aux perturbations et nécessiteront donc probablement toujours des mécanismes de correction d’erreurs, car sinon les erreurs se propageront de manière incontrôlée dans le système et des informations seront perdues 

Dans un calculateur classique, pour résoudre ce problème, on utilise la redondance des données. Ce terme signifie que l’on se donne plusieurs copies du calcul concerné. Si une erreur a été commise, les résultats des calculs divergent. Ceci n’est pas possible dans un ordinateur quantique. Selon le principe du « no cloning » de l’informatique quantique, on ne peut copier l’information quantique.

Pour remédier à cela, les chercheurs cités ici proposent de distribuer les informations quantiques dans un état dit intriqué de plusieurs systèmes physiques, par exemple plusieurs atomes individuels. L’intrication quantique est un « enchevétrement » entre deux qubits quantiques qui permet d’en faire un seul système. Si on les éloigne, il est possible de connaître l’état d’un qubit en mesurant celui de l’autre. Ceci peut se faire indépendamment du temps et de la distance.

Ils utilisent pour ceci ce qu’ils nomment une « porte logique quantique universelle » .Ce dispositif est trop complexe pour être résumé ici. Disons que cette « porte » a été réalisée grâce à 16 atomes confinés dans 2 bits quantiques logiques. Ce système présente une tolérance aux pannes suffisante pour le plus grand nombre des calculs

Voir aussi
https://siecledigital.fr/2022/05/31/teleportation-quantique-information/

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Référence

Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations, 

Nature 
volume  605,  pages 675–680 (2022)

Abstract

Quantum computers can be protected from noise by encoding the logical quantum information redundantly into multiple qubits using error-correcting codes. When manipulating the logical quantum states, it is imperative that errors caused by imperfect operations do not spread uncontrollably through the quantum register. This requires that all operations on the quantum register obey a fault-tolerant circuit design, which, in general, increases the complexity of the implementation. Here we demonstrate a fault-tolerant universal set of gates on two logical qubits in a trapped-ion quantum computer. In particular, we make use of the recently introduced paradigm of flag fault tolerance, where the absence or presence of dangerous errors is heralded by the use of auxiliary flag qubits. We perform a logical two-qubit controlled-NOT gate between two instances of the seven-qubit colour code, and fault-tolerantly prepare a logical magic state. We then realize a fault-tolerant logical T gate by injecting the magic state by teleportation from one logical qubit onto the other. We observe the hallmark feature of fault tolerance—a superior performance compared with a non-fault-tolerant implementation. In combination with recently demonstrated repeated quantum error-correction cycles, these results provide a route towards error-corrected universal quantum computation.

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