Les processeurs quantiques d’aujourd’hui sont sujets aux erreurs. Bien que les probabilités soient faibles (moins de 1 % dans de nombreux cas), chaque opération que nous effectuons sur chaque qubit, y compris des éléments de base comme la lecture de son état, a un taux d’erreur important. Si nous essayons une opération qui nécessite beaucoup de qubits, ou beaucoup d’opérations sur un plus petit nombre de qubits, les erreurs deviennent inévitables.

À long terme, le plan est de résoudre ce problème en utilisant des qubits corrigés des erreurs. Mais ceux-ci nécessiteront plusieurs qubits de haute qualité pour chaque bit d’information, ce qui signifie que nous aurons besoin de milliers de qubits meilleurs que tout ce que nous pouvons actuellement créer. Étant donné que nous n’atteindrons probablement pas ce point avant la prochaine décennie au plus tôt, cela soulève la question de savoir si les ordinateurs quantiques peuvent faire quelque chose d’intéressant dans l’intervalle.

Dans une publication dans Nature d’aujourd’hui, les chercheurs d’IBM plaident pour que la réponse soit oui. En utilisant une technique appelée « atténuation des erreurs », ils ont réussi à surmonter les problèmes des qubits d’aujourd’hui et à produire un résultat précis malgré le bruit dans le système. Et ils l’ont fait d’une manière qui a clairement surpassé des calculs similaires sur des ordinateurs classiques.

Vivre avec le bruit

Si nous considérons la correction d’erreur quantique comme un moyen d’éviter le bruit qui empêche les qubits d’effectuer des opérations avec précision, l’atténuation des erreurs peut être considérée comme acceptant que le bruit est inévitable. C’est un moyen de mesurer les erreurs typiques, de les compenser après coup et de produire une estimation du résultat réel caché dans le bruit.

Une première méthode d’atténuation des erreurs (appelée annulation probabiliste des erreurs) impliquait d’échantillonner le comportement du processeur quantique pour développer un modèle du bruit typique, puis de soustraire le bruit de la sortie mesurée d’un calcul réel. Mais à mesure que le nombre de qubits impliqués dans le calcul augmente, cette méthode devient un peu peu pratique à utiliser – vous devez faire trop d’échantillonnage.

Au lieu de cela, les chercheurs se sont tournés vers une méthode où ils ont intentionnellement amplifié puis mesuré le bruit du processeur à différents niveaux. Ces mesures sont utilisées pour estimer une fonction qui produit une sortie similaire aux mesures réelles. Cette fonction peut alors avoir son bruit mis à zéro pour produire une estimation de ce que le processeur ferait sans aucun bruit.

Pour tester ce système, les chercheurs se sont tournés vers ce qu’on appelle un modèle d’Ising, qu’il est plus facile de considérer comme une grille d’électrons où le spin de chaque électron influence celui de ses voisins. Au fur et à mesure que vous avancez dans le temps, chaque étape voit les spins changer en réponse à l’influence de leurs voisins, ce qui modifie l’état général de la grille. La nouvelle configuration de spins s’influencera alors mutuellement et le processus se répétera au fil du temps.

Alors qu’un modèle d’Ising implique un comportement simplifié et idéalisé, il a des caractéristiques qui apparaissent dans une Crumpa de systèmes physiques, ils ont donc été étudiés assez largement. (D-Wave, qui fabrique des recuits quantiques, a récemment publié un article dans lequel son matériel identifiait l’état fondamental de ces systèmes, ils peuvent donc sembler familiers.) Et à mesure que le nombre d’objets dans le modèle augmente, leur comportement devient rapidement assez complexe que les ordinateurs classiques peinent à calculer leur état.

Il est possible d’effectuer les calculs sur un ordinateur quantique en effectuant des opérations sur des paires de qubits. Pour simplifier les choses, IBM a utilisé un modèle Ising où la grille a été configurée d’une manière qui coïncide avec la disposition physique des qubits sur son processeur. Mais ce n’était pas un cas où le processeur était simplement utilisé pour modéliser son propre comportement ; comme mentionné ci-dessus, les modèles d’Ising existaient indépendamment du matériel quantique.