Au travail publié dans Progrès scientifiquesHayato Goto, du Centre RIKEN pour l’informatique quantique au Japon, a proposé une nouvelle approche de correction d’erreurs quantiques en utilisant ce qu’il appelle des « codes à plusieurs hypercubes ».
Cette approche, qui s’avère avoir une géométrie élégante, pourrait aider à réaliser des corrections d’erreurs extrêmement efficaces et contribuer à des méthodes hautement parallèles qui permettront l’informatique quantique tolérante aux pannes, la prochaine étape dans l’évolution des ordinateurs quantiques.
Selon Goto, « grâce aux récents progrès expérimentaux, il y a désormais un grand espoir de pouvoir construire des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, c’est-à-dire des ordinateurs quantiques capables de corriger les erreurs et de surpasser les ordinateurs classiques sur certaines tâches. Mais pour y parvenir, il est important de développer une correction d’erreurs quantiques efficace. »
Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont proposé de nombreuses méthodes différentes de correction des erreurs. L’approche conventionnelle de la correction des erreurs quantiques repose généralement sur le codage d’un seul qubit logique (le qubit étant l’équivalent d’un bit sur un ordinateur classique) sur de nombreux qubits physiques intriqués, puis sur l’utilisation d’un décodeur pour récupérer le qubit logique à partir des qubits physiques.
Cependant, l’évolutivité de cette approche pose problème, car le nombre de qubits physiques requis augmente considérablement, ce qui entraîne d’énormes dépenses en ressources. Pour surmonter ce problème, des codes quantiques à haut débit, tels que les codes quantiques à contrôle de parité à faible densité, ont été envisagés.
Avec cette approche, les portes logiques, qui rendent les calculs possibles, doivent être configurées de manière assez séquentielle plutôt que complètement parallèle, ce qui les rend moins efficaces en termes de temps.
Pour remédier à ce problème, Goto a proposé d’utiliser une approche qu’il appelle « codes à hypercubes multiples ». Il s’agit d’une méthode au nom complexe – codes quantiques concaténés à haut débit – et qui est innovante dans la mesure où les qubits logiques peuvent être visualisés mathématiquement comme formant ce que l’on appelle un « hypercube » – un type de forme comprenant des carrés et des cubes ainsi que des formes d’ordre supérieur telles que le tesseract.
La belle structure mathématique et géométrique du code est remarquable, car la plupart des codes quantiques à haut débit ont des structures complexes.
Goto souligne que pour que les nouveaux codes produisent des performances supérieures, il devait développer un nouveau décodeur dédié capable d’interpréter le résultat des qubits physiques. Cette technique innovante repose sur un décodage à distance minimale niveau par niveau, qui permet d’obtenir des performances élevées.
Contrairement à d’autres méthodes similaires, il permet également de mettre des portes logiques en parallèle plutôt qu’en série, ce qui rend le système analogue au traitement parallèle des ordinateurs classiques, ce qui a conduit Goto à l’appeler « calcul tolérant aux pannes hautes performances » par analogie avec le « calcul hautes performances » qui est utilisé pour le calcul massivement parallèle.
Le travail a porté ses fruits. Les codes atteignent un taux d’encodage (un chiffre qui indique le rapport entre les qubits logiques et physiques) allant jusqu’à 30 %, ce qui, selon Goto, semble être le plus élevé au monde parmi les codes utilisés pour l’informatique quantique tolérante aux pannes. Et même avec ce taux élevé, les performances sont comparables à celles des codes classiques à faible taux.
Goto déclare : « En pratique, ce code pourrait être implémenté avec des systèmes de qubits physiques tels que des qubits à atomes neutres piégés par laser. »
Plus d’informations :
Hayato Goto, Informatique quantique haute performance tolérante aux pannes avec codes à plusieurs hypercubes, Progrès scientifiques (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp6388