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Les ordinateurs quantiques sont considérés comme une lueur d'espoir pour le traitement futur de l'information. Cependant, il n'est pas certain qu'ils puissent un jour remplacer les ordinateurs conventionnels, car les ordinateurs quantiques ont un problème: ils sont extrêmement sujets aux erreurs, et la correction des erreurs est très exigeante.
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant réussi à surmonter un obstacle important: pour la première fois, ils ont pu corriger automatiquement les erreurs dans les systèmes quantiques à tel point que les résultats des opérations quantiques peuvent être utilisés dans la pratique. «La démonstration que les erreurs dans un ordinateur quantique fonctionnant avec des bits quantiques (qubits) peuvent être corrigées rapidement et de manière répétée constitue une percée sur la voie de la construction d'un ordinateur quantique pratique», déclare Andreas Wallraff, professeur au département de physique et directeur du Quantum Center de l'ETH Zurich. Les scientifiques viennent de publier un article à ce sujet sous forme de préimpression sur ArXiv.org et de le soumettre à une revue pour publication.
Arrangement sophistiqué des qubits
Les précédentes méthodes de correction d'erreurs étaient incapables de détecter et de corriger simultanément les deux types d'erreurs fondamentales qui se produisent dans les systèmes quantiques. L'équipe d'Andreas Wallraff vient de présenter le premier système capable de détecter et de corriger ces deux types d'erreurs de manière répétée. Les chercheurs ont obtenu ce succès important en utilisant une puce, spécialement produite dans le laboratoire en salle blanche de l'ETH Zurich, qui comporte un total de 17 qubits supraconducteurs. L'équipe de recherche a effectué la correction d'erreurs avec ce que l'on appelle le code de surface - une méthode dans laquelle l'information quantique d'un qubit est répartie sur plusieurs qubits physiques.
Neuf des 17 qubits de la puce sont disposés dans un réseau carré de trois par trois et forment ensemble ce qu'on appelle un qubit logique: l'unité de calcul d'un ordinateur quantique. Les huit autres qubits de la puce sont décalés par rapport à eux; leur tâche consiste à détecter les erreurs dans le système.
Si une perturbation survenant dans le qubit logique déforme l'information, le système reconnaît cette perturbation comme une erreur. L'électronique de commande corrige alors le signal de mesure en conséquence. «Pour l'instant, nous ne corrigeons pas les erreurs directement dans les qubits», admet Sebastian Krinner, chercheur dans le groupe d'Andreas Wallraff et auteur principal de l'étude avec Nathan Lacroix. «Mais pour la plupart des opérations arithmétiques, ce n'est même pas nécessaire».
L'électronique hautement spécialisée utilisée pour contrôler les qubits sur la puce a été fabriquée par la spin-off de l'ETH Zurich Instruments. La puce elle-même est située au niveau le plus bas d'un grand cryostat - un dispositif de refroidissement spécial - et fonctionne à une température de seulement 0,01 Kelvin, à peine supérieure au zéro absolu.
Un domaine de recherche compétitif
La correction d'erreurs est actuellement un domaine très disputé de la recherche quantique. Outre les universités techniques comme l'ETH Zurich ou la TU Delft, les concurrents sont de grandes entreprises comme Google et IBM. «Avec nos collègues d'Allemagne et du Canada, nous avons été le premier groupe à effectuer une correction d'erreur pratique avec des qubits. C'est un accomplissement qui nous remplit de fierté», déclare M. Wallraff. «Cela confirme qu'à l'ETH Zurich, nous sommes vraiment dans la première ligue de la recherche quantique.»
Les chercheurs de l'ETH Zurich veulent maintenant construire une puce avec un réseau de cinq qubits sur cinq, ce qui nécessite une technologie plus complexe et permettra également de corriger les erreurs avec davantage de qubits.