Google réalise une percée en informatique quantique : le taux d’erreur réduit de 40 fois, surmontant le goulot d’étranglement des ressources clés

L'équipe Quantum AI de Google a réalisé une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, susceptible de réduire considérablement les coûts matériels nécessaires à la construction de systèmes quantiques pratiques.

Les recherches associées ont été publiées jeudi dans la revue Science. Google a validé sur son processeur Willow une technique appelée « magic state cultivation » (« culture d’états magiques »), réduisant d’environ 40 fois le taux d’erreur quantique et atteignant une fidélité logique de 99,99 % pour les états T. Il s'agit du meilleur résultat jamais obtenu dans ce secteur.

La production d’états magiques est longtemps considérée comme le principal goulet d’étranglement pour le passage à l’échelle de l’informatique quantique — on estime qu’un ordinateur quantique pourrait avoir besoin de consacrer jusqu’à 95 % de sa puissance de calcul à la production des états magiques, ne laissant que très peu de ressources pour le calcul effectif.

Si cette percée parvient à s'étendre avec succès, elle permettrait de réduire drastiquement l’ampleur matérielle requise pour constituer des systèmes quantiques tolérants aux fautes, ce qui aurait une portée significative sur la voie de la commercialisation de l’informatique quantique.

Google précise également que la viabilité de cette technologie doit encore être confirmée à une plus grande échelle, et que l'informatique quantique utilisable demeure à une distance considérable.

Au moment de la publication, le cours de l’action Google était en hausse de 0,24 % jeudi.

Le magic state constitue un élément clé pour permettre l’informatique quantique « universelle ». Les processeurs quantiques s’appuient sur le magic state pour exécuter des opérations complexes qui dépassent les capacités d’un ordinateur classique. Cependant, une fois utilisés, ces états magiques ne sont pas recyclables, les rendant particulièrement précieux.

La production de ces états affiche un autre défi majeur en matière de coût. Certaines études indiquent qu’un ordinateur quantique pourrait devoir consacrer jusqu’à 95 % de sa puissance totale à la production d’états magiques, laissant très peu de ressources disponibles pour les tâches de calcul réelles.

Les chercheurs avaient identifié ce goulot d’étranglement dès 2004, et depuis deux décennies, la communauté scientifique tente sans grand succès d’en réduire le coût de production.

En 2024, les chercheurs de Google Quantum AI, Craig Gidney, Noah Shutty et Cody Jones, ont proposé un nouveau schéma de culture d’états magiques basé sur la littérature existante.

L’idée centrale est d’organiser le processus de production comme un système de filtrage : des états quantiques bruyants sont injectés dans une petite zone de la puce, puis une série de mesures très coordonnées détectent et éliminent les tentatives défectueuses, afin de « cultiver » un état quantique d’une grande pureté et à faible taux d’erreur, tout en le codant simultanément dans un format utilisable à plus grande échelle.

Cependant, le passage de la théorie à la réalisation matérielle n’a pas été sans difficulté. La scientifique Emma Rosenfeld a constamment obtenu lors des premiers tests des résultats « semblant violer les lois de la physique ».

Après plusieurs mois d’enquête, l’équipe a identifié la source du problème dans une hypothèse erronée au niveau de la méthodologie de benchmark : les interférences provenant de dérives électriques et des variations de température dans le laboratoire affectaient la validité des tests de référence.

Pour cela, l’équipe a non seulement ajouté des contrôles supplémentaires pour limiter l’influence des bruits, mais a également inventé une nouvelle méthodologie de benchmark utilisant le processus de culture d’états magiques comme outil d’auto-étalonnage.

Sur le processeur Willow, ce schéma a finalement permis de réduire d’environ quarante fois le taux d’erreur par rapport à un état quantique non cultivé, avec une fidélité logique de 99,99 % sur les états T — un nouveau record dans le domaine.

L’équipe de Google a également réalisé une autre démonstration importante : elle a montré que les états magiques cultivés pouvaient être transférés entre deux schémas différents de correction d’erreur quantique : plus précisément, du code couleur de distance-3 (color code, une méthode plus récente adaptée à la culture) au code de surface de distance-5 (surface code, plus mature).

Cette opération de « greffe » démontre que les états quantiques purifiés peuvent survivre de manière stable à l’intérieur du matériel et être transférés, posant ainsi les bases de l’intégration de la culture d’états magiques à l’architecture quantique existante de Google.