Des scientifiques d’Oxford réduisent l’erreur quantique à un niveau record

Un intérêt croissant pour la technologie quantique fait que sa taille de marché dépasse 1 milliard de dollars et devrait être évaluée à plus de 170 milliards de dollars d’ici 2040. Selon McKinsey, la technologie quantique pourrait créer des billions de dollars de valeur au cours de la prochaine décennie. 

Dans l’écosystème de la technologie quantique, l’informatique quantique en particulier détient un potentiel immense. Elle implique l’utilisation de la mécanique quantique, qui traite simplement du comportement de la matière et de l’énergie aux niveaux atomique et subatomique, pour résoudre des problèmes complexes. 

On s’attend à ce que l’informatique quantique ait un impact profond dans divers domaines, notamment la technologie, la recherche, la science, la finance et l’économie.

Contrairement aux ordinateurs classiques, comme nos ordinateurs portables, qui stockent et traitent l’information sous forme de bits, chaque bit étant un zéro ou un un, l’unité de base en informatique quantique est le qubit. Une puce quantique est composée de nombreux bits quantiques, ou qubits, qui sont généralement des particules subatomiques telles que des électrons ou des photons, manipulés et contrôlés par des champs électriques et magnétiques spécialement conçus.

Les qubits peuvent être dans un état de zéro, un, ou une combinaison des deux. Cette combinaison, appelée « état de superposition », est une propriété distincte qui permet aux ordinateurs quantiques de stocker et de traiter des ensembles de données extrêmement volumineux beaucoup plus rapidement que même les ordinateurs classiques les plus puissants.

Aujourd’hui, il existe de nombreuses façons de fabriquer ces qubits, comme l’utilisation de semi-conducteurs, de photonique, de dispositifs supraconducteurs et d’autres approches.

La qualité des qubits est d’une grande importance ici. Cependant, ils sont sensibles aux erreurs ou au bruit, qui sont des perturbations indésirables pouvant provenir de nombreuses sources. Ces sources peuvent inclure des variations de température, des imperfections du processus de fabrication et des interactions avec l’environnement du qubit, entre autres.

Ces erreurs réduisent la fiabilité d’un qubit, appelée fidélité. Un qubit avec une haute fidélité est essentiel pour qu’une puce quantique exécute des tâches complexes. quantum chip to perform complex tasks.

Rendre la fiabilité quantique une réalité

Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont travaillé sur les qubits logiques, qui désignent des qubits encodés à l’aide d’un ensemble de qubits physiques pour se protéger contre les erreurs. Alors que les qubits physiques représentent le matériel quantique réel, un qubit logique est une abstraction qui imite un qubit tolérant aux fautes.

Les principaux développeurs de puces quantiques ont recentré leurs efforts sur les qubits logiques et réalisent des progrès significatifs dans la correction d’erreurs quantiques.

Par exemple, en décembre 2024, Google (GOOG ) a présenté sa puce quantique appelée Willow. Cette nouvelle puce, basée sur des qubits supraconducteurs, a été saluée comme une avancée majeure dans le domaine de l’informatique quantique, bien qu’elle n’ait actuellement aucune application concrète.

Typiquement, plus on utilise de qubits, plus les erreurs surviennent, et le système devient classique. Cependant, Google a démontré que plus ils ont utilisé de qubits dans Willow, moins ils ont réduit les erreurs, et plus le système est devenu quantique.

Le géant technologique a pu réduire les erreurs « exponentiellement » en augmentant le nombre de qubits, a déclaré Hartmut Neven, fondateur de Google Quantum AI. Cela « résout un défi clé de la correction d’erreurs quantiques que le domaine poursuit depuis près de 30 ans », a-t-il ajouté.

Pour mesurer les performances de Willow, Google a utilisé la norme de l’échantillonnage de circuits aléatoires (RCS). Sa puce quantique a effectué un calcul en moins de cinq minutes, ce qui aurait pris à un superordinateur 10 septillions d’années.

En février de cette année, Microsoft (MSFT ) a également présenté le premier processeur quantique au monde alimenté par des qubits topologiques. Majorana 1 est conçu pour atteindre un million de qubits sur une seule puce. Avec cette réalisation, le géant technologique a déclaré être en bonne voie pour construire un prototype d’ordinateur quantique évolutif et tolérant aux fautes d’ici quelques années.

La base de Majorana 1 repose sur la percée réalisée par l’équipe, en particulier le topoconducteur, une classe de matériaux qui a permis la création de la supraconductivité topologique. Cela résulte de la fabrication d’un dispositif combinant de l’aluminium (un supraconducteur) et de l’arséniure d’indium (un semi-conducteur).

Lorsque ce dispositif est refroidi à presque zéro puis ajusté avec des champs magnétiques, il forme des nanofils supraconducteurs topologiques, dont les extrémités contiennent des modes zéro Majorana (MZM) qui servent de blocs de construction à leurs qubits.

Pour concrétiser la promesse du quantique, l’équipe a déjà placé huit qubits topologiques sur une puce conçue pour en accueillir un million.

Même Amazon (AMZN ) a annoncé sa puce quantique appelée « Ocelot » qui utilise une architecture évolutive pour réduire la correction d’erreurs jusqu’à 90 %.

La puce se compose de deux micro-puces en silicium intégrées, chacune d’une superficie d’environ un centimètre carré, collées l’une sur l’autre dans une pile de puces électriquement connectée. La surface de chaque micro-puce possède de fines couches de matériaux supraconducteurs, formant les éléments du circuit quantique.

Le total des éléments principaux constituant la puce Ocelot s’élève à 14, incluant cinq qubits de données (qubits chat), cinq autres pour stabiliser les qubits de données, et quatre qubits supplémentaires pour détecter les erreurs sur les qubits de données.

Les qubits chat stockent les états quantiques, en s’appuyant sur des oscillateurs fabriqués à partir d’un film mince de tantale qui produisent de façon continue un signal électrique répétitif. 

« Avec les avancées récentes de la recherche quantique, il ne s’agit plus de savoir si, mais quand les ordinateurs quantiques pratiques et tolérants aux fautes seront disponibles pour des applications réelles. Ocelot représente une étape importante dans ce parcours. »

– Oskar Painter, directeur du matériel quantique chez AWS.

On pense que l’architecture Ocelot accélère leur « délai vers un ordinateur quantique pratique de jusqu’à cinq ans ».

La course vers des systèmes quantiques tolérants aux fautes

Améliorer la précision des calculs quantiques est l’objectif des entreprises et des chercheurs du monde entier, et des progrès significatifs ont été réalisés dans ce domaine.

Il y a quelques années seulement, des chercheurs du MIT ont présenté un nouveau cadre de qubits supraconducteurs capable d’effectuer des opérations entre qubits avec une grande précision. Le nouveau type de qubit supraconducteur est le fluxonium, qui peut avoir une durée de vie, ou des temps de cohérence, bien plus longs que ceux couramment utilisés. 

Le temps de cohérence mesure la durée pendant laquelle un qubit peut exécuter des opérations avant que toutes les informations du qubit ne soient perdues.

« Plus un qubit vit longtemps, plus la fidélité des opérations qu’il favorise est élevée. »

– Auteur principal, Leon Ding

L’architecture, quant à elle, comprenait un élément d’accouplement spécial entre deux qubits fluxonium, leur permettant d’effectuer des opérations logiques, appelées portes, avec une grande précision. Elle supprime le bruit de fond qui peut introduire des erreurs dans les opérations quantiques.

La précision des portes à deux qubits a dépassé 99,9 % tandis que celle des portes à un qubit atteignait 99,99 %. L’architecture a, quant à elle, été mise en œuvre sur une puce à l’aide d’un processus de fabrication extensible.

« Construire un ordinateur quantique à grande échelle commence par des qubits et des portes robustes », a déclaré Ding, ajoutant que l’étude a montré un système à deux qubits très prometteur. Les qubits fluxonium ont atteint des temps de cohérence de plus d’un milliseconde. Leur prochaine étape a été d’augmenter le nombre de qubits.

Il y a quelques mois, des chercheurs du MIT ont également présenté un circuit quantique supraconducteur qui a réalisé un couplage non linéaire fort entre des photons (lumière micro-ondes) et des atomes artificiels (qubits). Cela pourrait permettre la lecture et le traitement de l’information quantique en quelques nanosecondes.

Pour cela, les chercheurs ont utilisé un cadre de circuit supraconducteur unique pour démontrer un couplage lumière-matière non linéaire, nettement plus fort que celui observé auparavant, et pouvant permettre à un processeur quantique de fonctionner jusqu’à 10 fois plus rapidement.

Selon le principal auteur Yufeng “Bright” Ye :

« Cela éliminerait réellement l’un des goulets d’étranglement de l’informatique quantique. Habituellement, il faut mesurer les résultats de vos calculs entre les cycles de correction d’erreurs. Cela pourrait accélérer la rapidité avec laquelle nous atteindrons le stade de l’informatique quantique tolérante aux fautes et permettre d’obtenir des applications réelles et de la valeur à partir de nos ordinateurs quantiques. »

Notamment, Ye a inventé un nouveau type de coupleur quantique pour faciliter les interactions entre les qubits. Le coupleur quarton est un type spécial de circuit supraconducteur capable de générer un couplage non linéaire extrêmement fort, et en y injectant davantage de courant, le coupleur crée une interaction non linéaire encore plus puissante. Ye a expliqué :

« La plupart des interactions utiles en informatique quantique proviennent du couplage non linéaire de la lumière et de la matière. Si vous pouvez obtenir une gamme plus polyvalente de différents types de couplage et augmenter la force du couplage, vous pouvez essentiellement augmenter la vitesse de traitement de l’ordinateur quantique. » 

Grâce à ce travail, les chercheurs espèrent que d’autres pourront construire un ordinateur quantique tolérant aux fautes pour une computation quantique pratique à grande échelle.

Les innovations du groupe de travail SQMS Nanofabrication, quant à elles, ont atteint des temps de cohérence allant jusqu’à 0,6 milliseconde, résultat d’une conception de qubit optimisée et de résonateurs de lecture améliorés, tous deux renforçant la stabilité et la cohérence. 

Cette collaboration entre le National Institute of Standards and Technology (NIST), le Centre Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) de Fermilab, ainsi que plusieurs autres partenaires gouvernementaux, universitaires et industriels, vise à rapprocher la recherche quantique de la réalité. 

Au milieu de toutes ces initiatives visant à construire des ordinateurs quantiques évolutifs et tolérants aux fautes, des physiciens de l’Université d’Oxford ont établi un nouveau record mondial de précision d’opération de qubit.

Établir une nouvelle référence mondiale en précision quantique

La nouvelle étude, publiée dans Physical Review Letters³, montre que les physiciens d’Oxford ont atteint un taux d’erreur de seulement 0,000015 % pour une opération logique quantique unique. 

Cela représente une erreur sur 6,7 millions d’opérations, ce qui constitue un nouveau record de précision d’opération de qubit et un grand pas vers des ordinateurs quantiques plus robustes et utiles capables de résoudre des problèmes très complexes avec moins de qubits physiques et des exigences d’infrastructure réduites.

« À notre connaissance, il s’agit de l’opération de qubit la plus précise jamais enregistrée dans le monde. C’est une étape importante vers la construction d’ordinateurs quantiques pratiques capables de résoudre des problèmes réels. » 

– Co-auteur de l’étude, Professeur David Lucas, Département de physique, Université d’Oxford

Ce qui est intéressant, c’est que cette percée bat le précédent record établi par la même équipe. Le nouveau record est environ sept fois plus précis que le précédent.

Il y a un peu plus d’une décennie, l’équipe a mis en œuvre⁴ toutes les opérations à un qubit avec des fidélités bien supérieures au seuil minimum requis pour l’informatique quantique tolérante aux fautes, en utilisant un qubit ion piégé stocké dans des états d’horloge atomique hyperfins. À l’époque, leur taux d’erreur à un qubit était de 1 sur 1 million. 

Ce succès a conduit au lancement de la société dérivée appelée Oxford Ionics en 2019, qui est devenue un leader des plateformes de qubits ion piégés haute performance. En mai 2025, elle a présenté trois phases de développement à court terme : « Foundation », « Enterprise‑grade » et « Value at scale », afin d’atteindre une large valeur commerciale au cours des trois prochaines années et de livrer des appareils à un million de qubits. La semaine dernière, Oxford Ionics a conclu un accord avec IonQ (IONQ ) pour l’acquérir pour 1,075 milliard de dollars.

Aujourd’hui, la même équipe a atteint un nouveau jalon en réduisant la probabilité d’erreurs des portes logiques quantiques.

Effectuer des calculs utiles sur un ordinateur quantique nécessite des millions d’opérations réparties sur de nombreux qubits. Mais une telle ampleur signifie qu’un taux d’erreur élevé peut rendre le résultat final dénué de sens et inutile.

Corriger l’erreur peut réparer la faute, mais cela nécessite encore plus de qubits. Ainsi, en réduisant l’erreur, la nouvelle étude diminue le nombre de qubits nécessaires, ce qui réduit à son tour la taille et le coût de l’ordinateur quantique.

« En réduisant drastiquement la probabilité d’erreur, ce travail diminue considérablement l’infrastructure requise pour la correction d’erreurs, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques futurs plus petits, plus rapides et plus efficaces. Un contrôle précis des qubits sera également utile pour d’autres technologies quantiques telles que les horloges et les capteurs quantiques, » a déclaré la co‑auteure principale de l’étude, Molly Smith, doctorante à Oxford.

Pour atteindre ce niveau de précision inédit, les physiciens ont utilisé un ion calcium piégé comme bit quantique ou qubit.

Les ions calcium sont couramment utilisés pour stocker l’information quantique en raison de leurs longs temps de cohérence et de leur haute fidélité dans les opérations quantiques. Ils sont également très robustes et faciles à manipuler avec des lasers.

L’équipe d’Oxford, cependant, n’a pas utilisé l’approche laser conventionnelle ; elle a plutôt employé des signaux électroniques (micro-ondes) pour contrôler l’état quantique des ions calcium.

Grâce à cette technique, ils ont pu obtenir une stabilité supérieure à celle offerte par le contrôle laser. Mais ce n’est pas tout. Comparé aux lasers, le contrôle électronique est également moins coûteux et plus robuste. Il est aussi plus facile à intégrer dans les puces de piégeage d’ions.

De plus, l’expérience a été réalisée sans blindage magnétique et à température ambiante, ce qui simplifie les exigences techniques d’un ordinateur quantique fonctionnel.

Ainsi, l’équipe a pu réduire l’erreur d’environ un ordre de grandeur cette fois-ci grâce à un meilleur contrôle de l’amplitude et du désaccord des micro-ondes avec des procédures d’étalonnage automatisées. De plus, la réduction de l’excitation des transitions spectatrices grâce à des séparations Zeeman plus importantes, ainsi que l’utilisation de la mise en forme d’impulsions, ont contribué à ce résultat.

La précision record est une réalisation majeure ; toutefois, elle ne représente qu’une partie d’un défi plus vaste. Comme l’équipe l’a souligné, l’informatique quantique nécessite que les portes à un et à deux qubits fonctionnent conjointement, et les portes à deux qubits souffrent encore de taux d’erreur élevés.

Actuellement, le meilleur taux d’erreur est d’environ 1 sur 2000, donc pour construire une machine quantique entièrement tolérante aux fautes, l’équipe doit réduire ce chiffre.

Les opérations à un qubit à haute fidélité restent très utiles tant en information quantique qu’au-delà, notamment pour protéger les qubits inactifs via le découplage dynamique, dans les applications de détection quantique, et grâce à des séquences d’impulsions composites pour cibler des qubits individuels et compenser les erreurs.

Investir dans l’informatique quantique

International Business Machines Corporation (IBM ), connue pour ses plateformes cloud hybrides et IA ainsi que ses services de conseil et d’infrastructure, explore la technologie quantique depuis les années 1970. En 2016, elle a lancé l’IBM Quantum Experience, qui a mis le premier processeur quantique sur le cloud, le rendant ainsi accessible à tous.

IBM (IBM ) 

Au fil des ans, IBM a poursuivi ses recherches dans le domaine et, la semaine dernière, elle a annoncé son intention d’avoir un ordinateur quantique pratique prêt d’ici 2029.

Surnommé « Starling », l’ordinateur quantique tolérant aux fautes avec 200 qubits logiques sera construit dans un centre de données en cours de construction à Poughkeepsie, New York.

Selon les rapports, l’équipe a développé un nouvel algorithme qui réduit de façon significative le nombre de qubits nécessaires à la correction d’erreurs. Jay Gambetta, responsable de l’initiative quantique d’IBM, a déclaré ce qui suit lors d’une interview :

« Nous avons répondu à ces questions scientifiques. Vous n’avez plus besoin d’un miracle. Maintenant, vous avez besoin d’un grand défi d’ingénierie. Il n’y a pas de réinvention d’outils ou quoi que ce soit de ce genre. »

À présent, si l’on considère la capitalisation boursière de 257,64 milliards de dollars, la performance du marché d’IBM, ses actions se négocient actuellement à 278 $, en hausse de 26,11 % depuis le début de l’année. Les actions d’IBM ont même atteint un record historique (ATH) de 281,75 $ la semaine dernière.

Avec cela, son BPA (TTM) est de 5,85 et son PER (TTM) de 47,42, tandis que le rendement du dividende offert est de 2,42 %.

En ce qui concerne les finances d’IBM, elle a déclaré un chiffre d’affaires de 14,5 milliards de dollars pour le premier trimestre 2025. La marge brute GAAP pendant cette période était de 55,2 % tandis que la marge opérationnelle non-GAAP était de 56,6 %. Sa marge de revenu avant impôt GAAP était de 8 %, et la marge opérationnelle non-GAAP était de 12 %.

« Nous avons dépassé les attentes en matière de chiffre d’affaires, de rentabilité et de flux de trésorerie disponible au cours du trimestre, grâce à la solidité de notre portefeuille logiciel. La demande pour l’IA générative reste forte et notre portefeuille d’affaires s’élève à plus de 6 milliards de dollars depuis le lancement, en hausse de plus d’un milliard de dollars au cours du trimestre. »

– PDG Arvind Krishna

Au premier trimestre de cette année, la trésorerie nette générée par les activités opérationnelles s’élevait à 4,4 milliards de dollars, tandis que le flux de trésorerie disponible était de 2 milliards de dollars. IBM a terminé le trimestre avec 17,6 milliards de dollars de liquidités, de liquidités restreintes et de titres négociables.

Une position de liquidité solide et un flux de trésorerie disponible robuste ont permis à l’entreprise de reverser 1,5 milliard de dollars aux actionnaires sous forme de dividendes. Elle a également investi 7,1 milliards de dollars dans des acquisitions, dont l’achat de HashiCorp. Selon Krishna :

« Nous restons optimistes quant aux opportunités de croissance à long terme pour la technologie et l’économie mondiale. »

Dernières actualités et développements boursiers d’International Business Machines Corporation (IBM)

Conclusion : prochaines étapes vers la réalité quantique

Des scientifiques aux entreprises en passant par les gouvernements, tous sont activement et profondément engagés à rendre les ordinateurs quantiques réels. Les dernières percées de l’équipe d’Oxford et des géants technologiques améliorent drastiquement la fidélité des qubits et rendent la correction d’erreurs plus efficace, ce qui signifie que le prochain saut quantique ne sera peut‑être plus à des décennies, rendant les machines quantiques pratiques inévitables !

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Études référencées:

^{1. Google Quantum AI et collaborateurs. Correction d’erreurs quantiques en dessous du seuil du code de surface. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce : Vers la fabrication de qubits supraconducteurs à haute cohérence. Conférence, 20 septembre 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Portes à un qubit avec des erreurs au niveau de 10⁻⁷. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. Préparation à haute fidélité, portes, mémoire et lecture d’un bit quantique ion piégé. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}