Les physiciens de l'Université d'Oxford ont établi une nouvelle référence mondiale pour la précision de contrôler un seul bit quantique, d'atteindre le taux d'erreur le plus bas pour une opération logique quantique – juste 0,000015%, ou une erreur dans 6,7 millions d'opérations. Ce résultat record représente près d'un ordre d'amélioration de la magnitude par rapport à la référence précédente, établie par le même groupe de recherche il y a une décennie.
Pour mettre le résultat en perspective: une personne est plus susceptible d'être frappée par la foudre au cours d'une année donnée (1 sur 1,2 million) que pour l'une des portes logiques quantiques d'Oxford pour faire une erreur.
Les résultats, à publier dans Lettres d'examen physiquesont une avancée majeure pour avoir des ordinateurs quantiques robustes et utiles.
« Pour autant que nous le sachions, il s'agit de l'opération de qubit la plus précise jamais enregistrée dans le monde », a déclaré le professeur David Lucas, co-auteur du journal, du Département de physique de l'Université d'Oxford. « Il s'agit d'une étape importante vers la construction d'ordinateurs quantiques pratiques qui peuvent s'attaquer aux problèmes du monde réel. »
Pour effectuer des calculs utiles sur un ordinateur quantique, des millions d'opérations devront être exécutées sur de nombreux qubits. Cela signifie que si le taux d'erreur est trop élevé, le résultat final du calcul sera dénué de sens. Bien que la correction d'erreurs puisse être utilisée pour corriger les erreurs, cela se fait au prix de nécessiter beaucoup plus de qubits. En réduisant l'erreur, la nouvelle méthode réduit le nombre de qubits requis et par conséquent le coût et la taille de l'ordinateur quantique lui-même.
L'auteur co-dirigé Molly Smith (étudiant diplômé, Département de physique, Université d'Oxford), a déclaré: « En réduisant considérablement les risques d'erreur, ce travail réduit considérablement l'infrastructure requise pour la correction d'erreurs, l'ouverture de la voie à de futurs ordinateurs quantiques pour être plus petits, plus rapides et plus efficaces. Le contrôle précis des Sports.
Ce niveau de précision sans précédent a été atteint en utilisant un ion calcium piégé comme qubit (bit quantique). Ce sont un choix naturel pour stocker des informations quantiques en raison de leur longue durée de vie et de leur robustesse. Contrairement à l'approche conventionnelle, qui utilise des lasers, l'équipe d'Oxford a contrôlé l'état quantique des ions calcium en utilisant des signaux électroniques (micro-ondes).
Cette méthode offre une plus grande stabilité que le contrôle du laser et présente également d'autres avantages pour construire un ordinateur quantique pratique. Par exemple, le contrôle électronique est beaucoup moins cher et plus robuste que les lasers, et plus facile à intégrer dans les puces de piégeage d'ions. De plus, l'expérience a été menée à température ambiante et sans blindage magnétique, simplifiant ainsi les exigences techniques pour un ordinateur quantique de travail.
Le meilleur taux d'erreur de qubit précédent, également atteint par l'équipe d'Oxford, en 2014, était de 1 sur 1 million. L'expertise du groupe a conduit au lancement de la société Spinout Oxford Ionics en 2019, qui est devenu un leader établi des plateformes de qubit à ion piégé haute performance.
Bien que ce résultat record marque une étape importante, l'équipe de recherche avertit qu'elle fait partie d'un défi plus large. L'informatique quantique nécessite des portes à un seul et à deux qubit pour fonctionner ensemble. Actuellement, les portes à deux qubits ont encore des taux d'erreur nettement plus élevés – plus que 1 en 2000 dans les meilleures démonstrations à ce jour – de sorte que celles-ci seront cruciales pour construire des machines quantiques entièrement tolérantes aux pannes.
Les expériences ont été menées au Département de physique de l'Université d'Oxford par Molly Smith, Aaron Leu, le Dr Mario Gely et le professeur David Lucas, ainsi qu'un chercheur invité, le Dr Koichiro Miyanishi, du Centre d'information quantique de l'Université d'Osaka.
Les scientifiques d'Oxford font partie du centre britannique de calcul et de simulation quantique (QCS), qui faisait partie du programme national des technologies quantiques britanniques en cours.
