Des « états magiques » cultivés en laboratoire : la percée majeure de Google qui débloque l’ordinateur quantique !

Imaginez que vous construisiez la voiture de course la plus rapide au monde, mais que 95 % de la puissance de son moteur soit absorbée uniquement par le filtre à carburant, ne laissant que 5 % d’énergie pour faire avancer le véhicule. C’est exactement le dilemme majeur auquel se heurtaient les physiciens quantiques depuis deux décennies ! 🚗💥

Pour effectuer des calculs utiles tout en corrigeant leurs inévitables erreurs, les ordinateurs quantiques ont besoin d’un ingrédient très particulier appelé un « état magique ». Jusqu’à présent, la fabrication de cet ingrédient était si gourmande en ressources qu’elle menaçait de paralyser les futures machines. Mais dans une étude marquante publiée dans la revue Science, l’équipe de Google Quantum AI vient de prouver sur leur puce supraconductrice Willow qu’il est possible de « cultiver » ces états magiques directement à petite échelle, réduisant les erreurs d’un facteur 40 ! Découvrons ensemble les coulisses de cette avancée spectaculaire.

2Pourquoi les ordinateurs quantiques ont-ils besoin de « magie » ?

Dans un ordinateur classique, l’information repose sur des bits qui valent soit 0, soit 1. Dans le monde quantique, grâce au principe de superposition, un bit quantique (ou qubit) peut être à la fois 0 et 1. Cela permet de tester une quantité phénoménale de possibilités en parallèle.

Cependant, les qubits sont d’une fragilité extrême. La moindre perturbation thermique ou électromagnétique provoque la décohérence, c’est-à-dire la perte de l’information quantique. Pour contourner ce problème, on utilise des algorithmes de correction d’erreurs qui regroupent plusieurs qubits physiques pour former un « qubit logique » ultra-protégé.

Le problème ? Certaines opérations élémentaires, appelées les portes de Clifford, sont très faciles à protéger contre les erreurs… mais elles ne suffisent pas ! En effet, un ordinateur qui ne fait que des portes de Clifford peut être entièrement simulé par un ordinateur classique. Pour obtenir un véritable surcroît de puissance (le fameux « avantage quantique »), il faut au moins une opération non-Clifford, comme la porte T. Et pour exécuter cette porte T sans détruire la correction d’erreurs, l’ordinateur doit consommer un état quantique d’une pureté cristalline : un état magique. 🪄

2Le goulot d’étranglement : la crise des usines quantiques

Jusqu’à aujourd’hui, la méthode standard pour fabriquer ces états magiques s’appelait la distillation d’états magiques, un concept théorique élaboré en 2004 par les physiciens Photo : Pachon in Motion sur Pexels.

Pour aller plus loin

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