Google a présenté Willow, son dernier processeur quantique, qui marque une avancée significative dans le domaine de la correction d’erreurs quantiques et des performances de calcul.
Ce nouveau processeur, développé dans l’installation ultramoderne de Google à Santa Barbara, résout un problème clé qui a occupé les chercheurs pendant des décennies : la forte sensibilité des qubits aux erreurs. En exploitant l’ensemble des 105 qubits du processeur pour un seul qubit logique, le système a atteint une stabilité moyenne d’une heure, une première pour Google.
Pourquoi la correction d’erreurs quantiques est-elle cruciale ?
Les ordinateurs quantiques fonctionnent grâce aux qubits, des unités de calcul qui exploitent les principes de la mécanique quantique. Cependant, ces qubits sont extrêmement sensibles aux interférences de leur environnement, ce qui entraîne des pertes d’information et des erreurs de calcul.
Depuis l’introduction de la correction d’erreurs quantiques par Peter Shor en 1995, les chercheurs tentent de réduire ces erreurs pour permettre le développement de systèmes plus fiables. Avec Willow, Google a réussi à réduire les erreurs de manière exponentielle, en augmentant simplement le nombre de qubits dans une grille.
Les avancées révolutionnaires de Willow
La clé de cette avancée réside dans le processeur Willow, le deuxième design de Google, qui dispose de 105 qubits. Ce processeur bénéficie de composants légèrement agrandis pour réduire les perturbations dues au bruit, ainsi que d’une fabrication en interne. Cette capacité de production, récemment mise en place par Google, permet un meilleur contrôle des processus et des innovations rapides.
1. Réduction exponentielle des erreurs
Willow utilise des grilles de qubits (par exemple 3×3, 5×5, ou 7×7) pour corriger les erreurs plus efficacement. En doublant le nombre de qubits, le taux d’erreurs est réduit de moitié.
- Cette capacité à améliorer la stabilité en augmentant la taille des systèmes est une percée qui rend possible la construction de grands ordinateurs quantiques utiles.
- Selon Hartmut Neven, fondateur de Google Quantum AI : « Nous avons atteint une réduction exponentielle des erreurs, un accomplissement connu sous le nom de “below threshold”. Cela représente une étape décisive pour rendre les ordinateurs quantiques viables ».
2. Performances sans précédent
Willow a démontré sa puissance en réalisant un test de performance basé sur le Random Circuit Sampling (RCS). Le processeur a accompli une tâche en moins de 5 minutes — une tâche qui, selon Google, nécessiterait 10 septillions d’années pour être accomplie par l’un des superordinateurs les plus puissants au monde. Cela dépasse même l’âge estimé de l’univers.
Des qubits logiques durables et prometteurs
L’une des expériences les plus impressionnantes a été la création d’un qubit logique de grande taille basé sur une grille de 15 x 15 qubits matériels, qui a permis de maintenir l’information quantique pendant une heure en moyenne. Cela représente un bond en avant par rapport aux précédents travaux, où des erreurs simultanées, attribuées aux rayons cosmiques, survenaient toutes les 10 secondes. Désormais, les erreurs sont suffisamment rares pour qu’il soit difficile de les étudier.
Bien que les qubits logiques ne survivent pas indéfiniment, Google a identifié deux principaux types d’erreurs résiduelles :
- Des augmentations temporaires et localisées des erreurs.
- Des pics d’erreurs plus vastes, affectant environ 30 qubits matériels.
Ces événements sont si rares qu’ils nécessitent davantage de données pour être caractérisés avec précision. Malgré cela, la performance du système prouve que la correction d’erreurs à grande échelle est réaliste.
Une meilleure qualité des qubits
Outre l’augmentation du nombre de qubits, Willow améliore également leur qualité :
- Willow atteint des temps de cohérence T1 proches de 100 microsecondes.
- T1 mesure la durée pendant laquelle un qubit peut maintenir ses états quantiques avant de perdre sa cohérence. Ces améliorations permettent des calculs plus complexes et plus précis.
Potentielles applications de Willow
Les applications de Willow pourraient transformer plusieurs secteurs, notamment :
- Découverte de médicaments : Simulation de molécules pour accélérer le développement de traitements.
- Batteries pour véhicules électriques : Optimisation des matériaux pour des batteries plus efficaces.
- Énergie par fusion nucléaire : Modélisation avancée des systèmes physiques pour promouvoir les énergies propres.
Google envisage également d’utiliser Willow pour des calculs surclassiques, c’est-à-dire des opérations impossibles ou inefficaces à réaliser sur des ordinateurs traditionnels.
Une nouvelle ère pour l’informatique quantique
Willow représente une avancée majeure vers des ordinateurs quantiques pratiques et utiles. En invitant les chercheurs et développeurs à collaborer sur de nouveaux algorithmes quantiques, Google espère accélérer l’innovation dans ce domaine.
Avec cette technologie, Google ne se contente pas de résoudre des problèmes théoriques, mais ouvre la voie à des applications réelles dans des domaines variés, redéfinissant ce qui est possible grâce à l’informatique quantique. Willow marque ainsi le début d’une nouvelle ère pour la recherche et l’industrie quantiques.
