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Pas d’enrobage de sucre : les mathématiques des beignets permettent de faire durer les qubits plus longtemps

Agrandir / Un piège à ions, le matériel quantique qui a été utilisé pour ce travail.

Vous pouvez presque entendre le souffle inspiré des salles de rédaction du monde entier. Des journalistes scientifiques spécialisés se sont cachés dans la salle de bain pour pleurer tranquillement. La cause d’un tel désespoir ? Quelqu’un a publié un article contenant le mot “topologie” – quelque chose que personne ne sait expliquer, ce qui oblige les gens à recourir à des métaphores sur les beignets forcés de devenir des tasses à café, bien qu’il n’y ait ni café ni beignets proposés.

Et bien que la topologie soit fondamentale pour les nouveaux résultats, elle est également tangentielle à leur explication (à mon avis, en tout cas). Alors, quels sont ces résultats ?

L’un des gros problèmes des ordinateurs quantiques est qu’ils accumulent des erreurs, et la vitesse à laquelle cela se produit limite la complexité des problèmes qu’ils peuvent résoudre. Ce nouvel article montre comment réduire les erreurs, non pas par l’ingénierie, mais en comprenant (et en utilisant) les bons états quantiques et leur couplage pour générer un système naturellement plus immunisé contre certains types de bruit. Alors prenez un café et un beignet, et plongeons dans le monde bruyant des qubits.

Les qubits adolescents ne réduisent jamais le bruit

Les chercheurs ont travaillé avec un ordinateur quantique basé sur 10 ions piégés. Chaque ion est un seul qubit (l’équivalent quantique d’un seul bit), avec les valeurs un et zéro définies par l’état quantique de l’ion. L’état quantique de chaque ion peut être modifié en appliquant des champs magnétiques et en faisant briller des lasers dessus.

Contrairement à un système numérique, où un bit peut être basculé de un à zéro avec certitude, un ordinateur quantique fonctionne dans un monde analogique. L’équivalent d’un retournement de bit dans le monde de l’informatique quantique signifie inverser la probabilité qu’un bit soit mesuré comme un un ou un zéro. Par exemple, si la probabilité qu’un qubit soit un un était de 75 %, un retournement de bit changerait cela à 25 %.

Contrairement à un système numérique, ce processus est quelque peu sujet aux erreurs. Pour effectuer une opération de retournement de bit sur un qubit, une certaine quantité d’énergie doit être appliquée au qubit. Cela peut être fait par un laser qui brille pendant une durée spécifique avec une puissance spécifique. Mais les lasers ne sont pas parfaits, donc aucune opération ne se déroule exactement comme prévu. Le qubit inversé est, comme Westley, seulement la plupart inversé. Après plusieurs retournements de bits imparfaits, l’état du qubit sera complètement aléatoire et inutilisable.

Une forme d’erreur plus insidieuse est appelée “erreur cohérente”, dans laquelle les changements d’état d’un qubit influencent les qubits auxquels le premier est couplé. Mais vous avez besoin de ce couplage pour effectuer des calculs, ce qui présente un peu de dilemme.

Comme nous en avons discuté, un qubit a un état. Mais dans un monde quantique, cet état change avec le temps. Ce changement doit suivre un modèle prévisible afin que les opérations de calcul puissent être chronométrées au bon moment. Plus l’état change de manière prévisible, plus le système est cohérent. Dans les erreurs cohérentes, les qubits voisins exercent une attraction les uns sur les autres de sorte qu’ils changent toujours de manière non aléatoire (et donc ils sont toujours cohérents), mais cette attraction fait que le changement se produit à un rythme différent. Cela signifie que les opérations de calcul seront chronométrées de manière incorrecte. Vous pourriez considérer cela comme une erreur systématique, mais c’est une erreur différente pour chaque calcul.

Ce nouvel article réalise un schéma qui utilise la séquence de Fibonacci en combinaison avec le couplage cohérent entre les qubits pour ralentir l’accumulation d’erreurs cohérentes.

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