La démonstration de la chirurgie de réseau fait progresser l’informatique quantique tolérante aux fautes

Une équipe de scientifiques, dirigée par des chercheurs de l’ETH Zurich, a récemment démontré une méthode d’enchevêtrement des bits quantiques via la chirurgie de réseau. Le processus permet aux ingénieurs de créer des ordinateurs quantiques plus puissants, élargissant les capacités déjà impressionnantes de ces appareils et ouvrant la voie à une adoption future. Voici ce que vous devez savoir.

Ce qui rend les ordinateurs quantiques fondamentalement différents

Les ordinateurs quantiques sont considérés par beaucoup comme la prochaine étape de l’évolution des ordinateurs. Ces appareils peuvent offrir des milliers de fois plus de puissance de calcul, les rendant idéaux pour des calculs scientifiques complexes et plus encore.

Les ordinateurs quantiques se sont avérés beaucoup plus puissants que les ordinateurs traditionnels. Ils surpassent les appareils classiques car ils s’appuient sur les qubits, la superposition, l’enchevêtrement et l’interférence pour traiter l’information. Cette structure permet le traitement de millions de calculs en parallèle.

Pourquoi la correction d’erreurs quantiques est le principal goulot d’étranglement

Cependant, lorsqu’il s’agit de stocker des données quantiques, cela est beaucoup plus difficile que pour les bits traditionnels, qui peuvent être dupliqués et stockés. Lors de la récupération, les duplicata peuvent être comparés afin de garantir que les données ne sont pas corrompues.

La correction d’erreurs quantiques est beaucoup plus compliquée pour plusieurs raisons. Tout d’abord, les qubits quantiques ne peuvent pas être copiés de la même manière que les bits traditionnels. Au lieu de cela, ils s’appuient sur des états enchevêtrés créés entre les qubits. Cet état fragile peut être détruit facilement.

Inversions de bits et inversions de phase

De plus, les ordinateurs quantiques doivent gérer la décohérence et les décalages de phase. Les ordinateurs quantiques sont uniques en ce sens que les qubits peuvent soudainement et sans avertissement changer leur phase du positif au négatif. Ce problème a rendu le stockage des données quantiques sur de longues périodes plus difficile.

Comment les ingénieurs résolvent ce problème

Il existe plusieurs méthodes que les ingénieurs ont utilisées pour corriger ces décalages quantiques. Une méthode populaire consiste à créer un qubit logique à partir de plusieurs autres qubits. Une fois créé, les ingénieurs appliquent constamment la correction d’erreurs pour garantir la précision.

Ce processus nécessite que les scientifiques mesurent constamment l’état des stabilisateurs spécialement conçus. Ces stabilisateurs permettent aux ingénieurs de surveiller tout changement du qubit sans en altérer la valeur. Ils accomplissent cette tâche en fournissant des lectures de bits et de phase traçables.

Ce processus crée des qubits de données. Ces qubits servent à stocker l’état de correction. Des problèmes surviennent parce que la plupart des ordinateurs quantiques reposent sur des réseaux bidimensionnels de qubits supraconducteurs.

Ces qubits restent figés dans l’espace et ne peuvent pas être déplacés sans endommager l’état quantique. Les stabilisateurs aident à maintenir la stabilité. Cependant, ils ne peuvent fonctionner que sur des qubits adjacents, ce qui les rend idéaux uniquement pour les applications de qubits bidimensionnels et très limités dans leur utilisation.

Étude de la chirurgie de réseau sur les bits quantiques

Cherchant à améliorer les capacités de l’informatique quantique, des scientifiques de l’ETH Zurich et de l’Institut Paul Scherrer ont publié l’étude « Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits »¹ dans Nature Physics.

L’article présente une nouvelle méthodologie d’enchevêtrement quantique et de stabilisateurs. Leur nouvelle approche permet aux ordinateurs quantiques d’exécuter des opérations quantiques entre des qubits logiques supraconducteurs tout en effectuant une correction d’erreurs en temps réel.

Qu’est-ce que la chirurgie de réseau en informatique quantique ?

Au cœur de cette nouvelle avancée se trouve la chirurgie de réseau. La chirurgie de réseau assemble des codes topologiques entre des qubits logiques. Cette approche prend en charge les agencements de qubits 2D ainsi que les opérations de portes tolérantes aux fautes.

Grâce à l’utilisation de la chirurgie de réseau, les ingénieurs ont pu appliquer des portes logiques entre des qubits encodés même lorsqu’ils ne sont pas adjacents. Cette stratégie évite le contact direct des qubits, réduisant les erreurs dues à la décohérence.

La chirurgie de réseau repose sur l’utilisation de patchs, qui sont des qubits avec des stabilisateurs appliqués. Le processus assemble temporairement ces portes, permettant des contrôles de parité et un espace de code plus vaste pour le traitement. Notamment, ce travail représente l’une des premières démonstrations expérimentales de la chirurgie de réseau réalisée entre des qubits logiques encodés en utilisant du matériel de code de surface supraconducteur tout en maintenant la correction d’erreurs en temps réel pendant l’opération.

Comment l’expérience de chirurgie de réseau a été réalisée

Les ingénieurs ont réalisé plusieurs tests pour s’assurer que leurs calculs étaient corrects. Tout d’abord, l’équipe a créé un dispositif quantique. La porte logique était composée de 17 qubits supraconducteurs disposés en forme de carré approximatif.

Après avoir enchevêtré deux qubits, les ingénieurs se sont concentrés sur les opérations de division. Pour ce faire, ils ont encodé les qubits logiques avec des répétitions d’inversions de bits. Ils ont ensuite surveillé les résultats des stabilisateurs toutes les 1,66 µs tout en effectuant des corrections d’inversions de bits et de phase.

La méthode divise le carré du code de surface en deux moitiés, facilitant le suivi et les tests. De manière précise, les résultats des tests ont démontré que leurs théories étaient correctes.

Chirurgie de réseau sur les bits quantiques – Résultats des tests

Les ingénieurs ont constaté que les erreurs d’inversion de bits étaient corrigées en temps réel. Ils ont enregistré une amélioration par rapport aux circuits non encodés soumis au même processus, le résultat étant que les ingénieurs ont réussi à créer deux qubits logiques enchevêtrés l’un avec l’autre.

Avantages de la chirurgie de réseau sur les bits quantiques

Cette étude apporte de nombreux avantages au marché. Tout d’abord, elle ouvre la voie à des ordinateurs quantiques plus puissants et plus précis. La capacité de réduire et d’encoder la tolérance aux fautes et les corrections dans ces appareils permettra aux futures itérations d’offrir davantage de performances et de stabilité.

Chirurgie de réseau sur les bits quantiques : Applications réelles et calendrier

Il existe plusieurs applications pour ce travail. Principalement, cette recherche aidera à développer et à améliorer le secteur naissant des ordinateurs quantiques. Elle offre un nouveau niveau de stabilité à ces appareils, permettant aux ingénieurs de créer des unités plus puissantes qui reposent sur encore plus de qubits pour exécuter les opérations.

Calendrier de la chirurgie de réseau sur les bits quantiques

Selon les ingénieurs, il reste encore beaucoup de travail avant que cette technologie soit prête et appliquée aux dispositifs quantiques avancés d’aujourd’hui. Cependant, vous pouvez vous attendre à voir cette technologie appliquée au secteur dans les 7 à 10 prochaines années, parallèlement à une adoption accrue des ordinateurs quantiques.

Chirurgie de réseau sur les bits quantiques : Chercheurs

Des chercheurs de plusieurs institutions de renom ont participé à cette étude. Plus précisément, le professeur Andreas Wallraff du D-PHYS a dirigé l’article de recherche, tandis que le professeur Markus Müller de l’Université RWTH Aachen et du Forschungszentrum Jülich ont co‑rédigé le travail.

L’article répertorie également Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah et Dante Colao Zanuz comme contributeurs.

Avenir de la chirurgie de réseau sur les bits quantiques

L’avenir de cette technologie est prometteur. L’objectif est de l’intégrer à d’autres percées récentes afin d’aider les ingénieurs à atteindre leur but global de construire des ordinateurs quantiques utiles qui reposent sur des milliers de qubits plutôt que sur quelques dizaines.

Investir dans l’innovation quantique

Le secteur de l’informatique quantique est dominé par plusieurs entreprises de recherche qui ont investi des millions dans la technologie. Ces groupes continuent d’explorer cette technologie avec un esprit d’innovation, aidant à découvrir des approches auparavant jugées impossibles. Voici une entreprise qui a contribué à favoriser les développements futurs et l’adoption.

Rigetti Computing

Rigetti Computing a été fondée en 2013 par Chad Rigetti avec l’objectif spécifique de construire les ordinateurs quantiques les plus puissants du monde en utilisant la technologie des qubits supraconducteurs. Contrairement à IonQ, qui utilise des ions piégés, l’accent de Rigetti sur les circuits supraconducteurs correspond davantage à la recherche de l’ETH Zurich impliquant la chirurgie de réseau sur des qubits logiques supraconducteurs.

En 2018, Rigetti a démontré une puce de 128 qubits, et l’entreprise a depuis été pionnière dans le développement de l’informatique quantique « Full‑Stack ». Cela comprend l’installation Fab‑1, la première fonderie quantique dédiée au monde, où ils conçoivent et fabriquent leurs propres processeurs quantiques.

Rigetti a réalisé des progrès significatifs dans le calcul hybride quantique‑classique. Sa plateforme Quantum Cloud Services (QCS) intègre des processeurs quantiques à une infrastructure classique haute performance, une nécessité pour la correction d’erreurs en temps réel évoquée dans les recherches actuelles. En 2021, Rigetti est devenue publique grâce à une fusion avec Supernova Partners Acquisition Company II, et est cotée au NASDAQ.

Aujourd’hui, Rigetti développe activement ses systèmes de classe Ankaa, qui utilisent un réseau carré de coupleurs réglables. Cette architecture est spécialement conçue pour prendre en charge le type d’opérations tolérantes aux fautes et d’encodage de qubits logiques démontré dans la dernière étude de l’ETH Zurich.

Dernières nouvelles et performances de Rigetti Computing (RGTI)

Chirurgie de réseau sur les bits quantiques | Conclusion

Les ordinateurs quantiques promettent une puissance de calcul inégalée, mais leur fragilité les rend trop coûteux pour que la plupart des gens puissent les utiliser ou les posséder. Ce dernier travail contribuera à stabiliser ces appareils, rapprochant le monde d’une option abordable et fiable. Pour cette raison et bien d’autres, ces ingénieurs méritent une ovation debout.

En savoir plus sur d’autres percées en informatique quantique ici.

Références

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6} en français.