Google démontre les états magiques : erreurs divisées par 40

Le calcul sur ordinateur quantique ne progresse qu'à condition de produire sans cesse les pièces qui sont consommées en cours de route. Ces pièces sont des états quantiques particuliers, appelés « états magiques », indispensables pour corriger les erreurs pendant le calcul. Google Quantum AI a annoncé le 15 octobre avoir démontré, par l'expérience, une méthode permettant de produire ces pièces sur sa puce quantique « Willow ». Par rapport à l'absence de culture, les erreurs ont été réduites environ 40 fois.

Un état magique ne peut pas être réutilisé après un usage : il faut donc en fabriquer en permanence pendant le calcul. Or produire des états de haute qualité exige des ressources considérables. Selon une estimation, jusqu'à 95 % de la capacité d'un ordinateur quantique pourraient être consacrés à leur génération. Les chercheurs cherchent depuis près de vingt ans à réduire ce coût. La méthode classique, la « distillation d'états magiques », purifie un grand nombre d'états bruités pour en extraire des états de qualité, ce qui mobilise beaucoup de qubits et de temps.

La nouvelle approche repose sur une autre logique. Des états bruités sont injectés dans une petite zone de la puce, puis des mesures sont répétées pour détecter la présence d'erreurs. Les essais où une erreur apparaît sont écartés, et les états restants sont « cultivés ». Ce mécanisme, qui fonctionne comme un filtre, avait été présenté en 2024 par les chercheurs de Google Quantum AI sur le plan théorique. Dans l'expérience, la fidélité des états conservés atteint au moins 99,99 %, un record selon l'entreprise. Toutefois, seuls environ 8 % des essais ont franchi le contrôle d'erreurs.

Au cours de la démonstration, des mesures semblant contraires aux lois de la physique ont été obtenues, et l'équipe a dû en chercher l'origine. Des dérives progressives des composants électroniques dans le temps, ainsi que du bruit lié aux variations de température, avaient mis à mal les hypothèses des méthodes d'évaluation habituelles. L'équipe a ajouté des commandes limitant l'influence du bruit, puis mis au point une nouvelle méthode d'évaluation qui utilise la culture elle-même comme outil de mesure. Elle a également réussi une « greffe » : des états préparés grâce au « code couleur », un type de correction d'erreurs adapté à la culture, ont été transférés vers une zone plus grande du « code de surface », une méthode de correction mieux établie. Selon Google, c'est un premier pas vers la compatibilité de la culture avec la conception de ses ordinateurs quantiques.

Que change cette avancée ? Google estime que ce résultat rapproche d'un ordinateur quantique pratique capable de corriger ses erreurs, tout en reconnaissant qu'une mise en pratique demandera des démonstrations à plus grande échelle. Si le coût de production des états magiques baisse, la taille des machines nécessaires aux calculs utiles pourrait être sensiblement réduite. Mais l'annonce ne donne aucune indication sur le moment où cela pourrait devenir réalité.