Pendant des décennies, les ordinateurs quantiques qui effectuent des calculs des millions de fois plus rapidement que les ordinateurs conventionnels sont restés un objectif alléchant mais distant. Cependant, une nouvelle percée de la physique quantique vient de se réjouir de la chronologie.
Dans un article intitulé « Distillation de l'état magique e ffi cace par la distillation de niveau zéro » publié dans Prx quantum, Des chercheurs de la Graduate School of Engineering Science et du Centre d'information quantique et de biologie quantique à l'Université d'Osaka ont conçu une méthode qui peut être utilisée pour préparer des « états magiques » à haute fidélité pour une utilisation dans des ordinateurs quantiques avec des frais généraux considérablement moins et sans précédent.
Les ordinateurs quantiques exploitent les propriétés fantastiques de la mécanique quantique telles que l'intrication et la superposition pour effectuer des calculs beaucoup plus efficacement que les ordinateurs classiques. Ces machines pourraient catalyser les innovations dans des domaines aussi divers que l'ingénierie, la finance et la biotechnologie. Mais avant que cela ne puisse se produire, il y a un obstacle important qui doit être surmonté.
« Les systèmes quantiques ont toujours été extrêmement sensibles au bruit », explique le chercheur principal Tomohiro Itogawa. « Même la moindre perturbation de température ou un seul photon capricieux d'une source externe peut facilement ruiner une configuration d'ordinateur quantique, ce qui le rend inutile. Le bruit est absolument l'ennemi numéro un des ordinateurs quantiques. »
Ainsi, les scientifiques sont devenus très intéressés à construire des ordinateurs quantiques soi-disant tolérants aux pannes, qui sont suffisamment robustes pour continuer à calculer avec précision même lorsqu'ils sont soumis à un bruit. La distillation de l'état magique, dans laquelle un seul état quantique haute fidélité est préparé à partir de nombreux bruyants, est une méthode populaire pour créer de tels systèmes. Mais il y a une prise.
« La distillation des états magiques est traditionnellement un processus très coûteux car il nécessite de nombreux qubits », explique Keisuke Fujii, auteur principal. « Nous voulions explorer s'il y avait un moyen d'accélérer la préparation des états de haute fidélité nécessaires au calcul quantique. »
Suite à cette ligne d'enquête, l'équipe a été inspirée pour créer une version « niveau zéro » de la distillation de l'état magique, dans lequel un circuit tolérant aux pannes est développé au niveau physique ou « zéroth » par opposition à des niveaux plus élevés et plus abstraits. En plus de nécessiter beaucoup moins de qubits, cette nouvelle méthode a conduit à une diminution d'environ plusieurs dizaines de fois des frais généraux spatiaux et temporels par rapport à celui de la version traditionnelle dans les simulations numériques.
Itogawa et Fujii sont optimistes que l'ère de l'informatique quantique n'est pas aussi loin que nous l'imaginons. Que l'on l'appelle magique ou physique, cette technique marque certainement une étape importante vers le développement d'ordinateurs quantiques à plus grande échelle qui peuvent résister au bruit.
