Rutgers et IBM annoncent un contrôle par rétroaction en temps réel sur 100 qubits
Des chercheurs de Rutgers, d’IBM et de leurs collaborateurs ont utilisé une puce Heron de 156 qubits pour démontrer des cycles répétés de mesure et de réinitialisation sur jusqu’à 100 qubits.
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Des chercheurs de Rutgers, d’IBM et de plusieurs institutions partenaires affirment avoir démontré une rétroaction quantique en temps réel sur jusqu’à 100 qubits, en utilisant des mesures et des réinitialisations répétées pendant qu’un processeur continuait de fonctionner. Selon l’annonce, ces travaux ont été réalisés sur un processeur IBM Quantum Heron de 156 qubits et sont décrits dans une étude publiée dans Nature Physics. Ce résultat répond à une exigence centrale de l’informatique quantique tolérante aux pannes : la capacité à surveiller certaines parties d’un système et à intervenir de manière répétée sans interrompre le calcul.
Ce qui a été annoncé
L’équipe affirme avoir utilisé une chaîne connectée allant jusqu’à 100 qubits sur le matériel Heron d’IBM afin de tester si un processeur quantique pouvait alterner en temps réel entre deux comportements : brouiller l’information entre qubits voisins, puis mesurer et réinitialiser des qubits individuels pour supprimer ce brouillage.
Au total, l’expérience a mobilisé près de 5 000 opérations à deux qubits et près de 5 000 mesures et réinitialisations, selon le rapport. Les chercheurs la présentent comme la plus grande démonstration réussie à ce jour de ce type de contrôle fondé sur la rétroaction.
Jedediah Pixley, professeur à Rutgers et l’un des auteurs principaux, a déclaré que le domaine devra effectuer de telles vérifications et corrections de très nombreuses fois au cours d’un calcul pour atteindre la tolérance aux pannes. Maika Takita, auteur principal chez IBM, a indiqué que la difficulté consistait à répéter les mesures pendant que le reste du processeur continuait à fonctionner, plutôt que de mettre le système en pause.
Les détails techniques
L’expérience a mis en place une compétition entre deux processus. Le premier propageait l’information parmi des qubits voisins, créant une dynamique de plus en plus chaotique. Le second mesurait des qubits sélectionnés et les réinitialisait, poussant le système vers un état ordonné choisi par les chercheurs.
En faisant varier la fréquence de chaque processus, l’équipe a observé un comportement de seuil. Lorsque le brouillage se produisait plus d’une fois sur deux, le système restait chaotique. Lorsque les opérations de vérification et de réinitialisation dominaient, le système entrait dans un régime ordonné et contrôlable. Près d’un équilibre entre les deux, une faible variation du taux des deux processus modifiait brutalement le système.
Selon les chercheurs, ce changement brutal correspond à une image de transition de phase : le système quantique bascule collectivement du chaos au contrôle. Haining Pan, co-premier auteur, a déclaré que la transition devenait plus nettement définie à mesure que l’équipe étudiait des systèmes plus grands, et que les données expérimentales correspondaient aux attentes théoriques.
Le rapport explique également pourquoi ce résultat est important pour la correction d’erreurs. L’information quantique ne peut pas simplement être copiée, et la mesure peut perturber l’état en cours de calcul. Une machine pratique tolérante aux pannes doit donc détecter et corriger les erreurs de manière répétée tout en préservant l’information encodée.
Pourquoi c’est important
L’annonce présente ce résultat à la fois comme une démonstration de physique et comme une avancée en ingénierie des systèmes. Du point de vue de la physique, il étaye une prédiction théorique selon laquelle des interventions répétées peuvent provoquer une transition entre une dynamique quantique non contrôlée et un régime ordonné et contrôlable. Du point de vue du matériel, il montre que le matériel supraconducteur actuel peut coordonner des portes quantiques, des mesures et des réinitialisations des milliers de fois sur un dispositif de grande taille.
Cela ne signifie pas que l’informatique quantique tolérante aux pannes a été réalisée. Le rapport note explicitement que personne n’a encore construit d’ordinateur quantique tolérant aux pannes. Mais la capacité à effectuer à grande échelle des cycles répétés de mesure et de réinitialisation constitue l’un des éléments opérationnels dont de tels systèmes auront besoin.
Ce qu’il faut surveiller
La question suivante est de savoir comment des techniques comme celle-ci se traduisent en protocoles complets de correction d’erreurs, plutôt qu’en expériences de physique contrôlées. L’étude suggère que les capacités de circuits dynamiques d’IBM peuvent maintenir de longues séquences d’opérations entrelacées sur de grands sous-ensembles de qubits, ce qui est pertinent pour de futures démonstrations de qubits logiques.
La collaboration réunissait des chercheurs de Rutgers, d’IBM, du City College of New York, du CUNY Graduate Center, de Iowa State University, de Ames National Laboratory, de Pennsylvania State University et de Louisiana State University. Comme l’indique l’annonce, le processeur a permis à l’équipe d’étudier des systèmes bien plus vastes que la petite vingtaine de qubits qu’ils pouvaient simuler sur des ordinateurs conventionnels.
Sources
Les informations de cette page proviennent des sources ci-dessous, collectées par DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com