Une percée pourrait permettre de résoudre l’un des principaux obstacles qui freinent l’avènement des ordinateurs quantiques.
Cette technologie promet de transformer l’informatique en exploitant les lois étranges qui régissent les atomes et autres particules infimes. Contrairement aux machines actuelles qui fonctionnent avec des bits à l’état 0 ou 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits qui peuvent exister dans une superposition d’états. Cette capacité pourrait ouvrir la voie à de nouvelles formes d’intelligence artificielle et accélérer la découverte de matériaux innovants, comme des batteries plus performantes.
Cependant, leur potentiel est limité par un comportement intrinsèquement chaotique. Avec le temps, ces systèmes accumulent des erreurs qui rendent leurs résultats inexploitables.
Une nouvelle étude décrit une expérience où un ordinateur quantique a pu vérifier et réinitialiser ses propres composants pendant son exécution. Cette démonstration, l’une des plus importantes à ce jour, représente une avancée majeure vers la création d’un ordinateur quantique tolérant aux pannes, une machine capable de corriger ses erreurs en temps réel.
Jebediah Pixley, de l’Université Rutgers et co-auteur principal de l’étude, explique : « Pour construire un tel ordinateur, nous devons effectuer ces vérifications et corrections non pas une ou deux fois, mais un très grand nombre de fois au cours d’un calcul. Cette expérience est une étape décisive. »
Les chercheurs ont utilisé l’un des processeurs quantiques les plus puissants au monde, fabriqué par IBM. Ils lui ont confié deux tâches concurrentes : l’une brouillait l’information pour générer du chaos, tandis que l’autre inspectait les qubits perturbés et les réinitialisait si nécessaire.
L’équipe a réalisé près de 5 000 opérations, ainsi que 5 000 vérifications et réinitialisations. C’est la plus grande démonstration réussie de cette méthode jamais réalisée.
Les scientifiques ont également observé que le système passait rapidement d’un état chaotique à un état ordonné dès que la fréquence des vérifications dépassait celle du brouillage. Ce résultat confirme une prédiction théorique sur l’émergence de l’ordre à partir du chaos dans le domaine quantique.
Maika Takita, scientifique principale chez IBM et co-auteure, souligne : « Le défi n’était pas seulement de mesurer un qubit, mais de le faire de manière répétée pendant que le reste du processeur continuait à fonctionner. Cette expérience montre que le matériel actuel peut coordonner des opérations quantiques, des mesures et des réinitialisations des milliers de fois sur un grand système. »
Justin Wilson, professeur associé de physique à l’Université d’État de Louisiane, compare cette dynamique à l’effet papillon : « De petits changements peuvent avoir des conséquences importantes et presque imprévisibles. Mais ce comportement incontrôlable peut être maîtrisé par des interventions aléatoires, et il existe un seuil bien défini pour que cela se produise. Il n’était pas évident que cette transition entre chaos et contrôle survive en physique quantique, mais nos résultats prouvent que c’est le cas. »
Ces travaux sont détaillés dans un article intitulé « Order from chaos with adaptive circuits on quantum hardware », publié dans la revue Nature Physics.