Course quantique

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Ordinateurs quantiques autoréparables : sans erreur et tolérants aux pannes

Les chercheurs cherchent des moyens de créer des systèmes quantiques sans erreur et tolérants aux pannes pour construire la prochaine génération de technologies.

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Prévision quantique
14 février 2023

Résumé des informations

L'informatique quantique représente un changement de paradigme dans le traitement informatique. Ces systèmes ont le potentiel de résoudre des calculs complexes en quelques minutes qui prendraient des années, voire des siècles, aux ordinateurs classiques. Cependant, la première étape pour permettre le plein potentiel des technologies quantiques consiste à s'assurer qu'elles peuvent auto-réparer leurs sorties.

Contexte de l'informatique quantique auto-réparatrice

En 2019, la puce Google Sycamore, contenant 54 qubits, était capable d'effectuer un calcul en 200 secondes qui prendrait normalement 10,000 XNUMX ans à un ordinateur classique pour le terminer. Cette réalisation a été le catalyseur de la suprématie quantique de Google, reconnue dans le monde entier comme une percée majeure dans l'informatique quantique. Par la suite, cela a engendré d'autres recherches et avancées dans le domaine.

En 2021, Sycamore a franchi une nouvelle étape en démontrant qu'elle peut corriger les erreurs de calcul. Cependant, le processus lui-même a introduit de nouvelles erreurs par la suite. Un problème habituel en informatique quantique est que les taux de précision de leurs calculs font encore défaut par rapport aux systèmes classiques.

Les ordinateurs qui utilisent des bits (chiffres binaires, qui sont la plus petite unité de données informatiques) avec deux états possibles (0 et 1) pour stocker les données sont équipés en standard d'une correction d'erreurs. Lorsqu'un bit devient 0 au lieu de 1 ou inversement, ce type d'erreur peut être détecté et corrigé.

Le défi de l'informatique quantique est plus complexe car chaque bit quantique, ou qubit, existe simultanément dans un état de 0 et 1. Si vous essayez de mesurer leur valeur, les données seront perdues. Une solution potentielle de longue date consiste à regrouper de nombreux qubits physiques en un « qubit logique » (qubits contrôlés par des algorithmes quantiques). Même si les qubits logiques existaient auparavant, ils n'étaient pas utilisés pour la correction d'erreurs.

Impact perturbateur

Plusieurs instituts de recherche et laboratoires d'IA ont étudié comment créer des qubits logiques qui peuvent s'autocorriger. Par exemple, la Duke University et le Joint Quantum Institute, basés aux États-Unis, ont créé un qubit logique qui fonctionne comme une seule unité en 2021. En le basant sur un code de correction d'erreur quantique, les défauts peuvent être plus facilement détectés et corrigés. De plus, l'équipe a rendu le qubit tolérant aux pannes pour contenir tout effet négatif desdites erreurs. Ce résultat était la première fois qu'un qubit logique s'avérait plus fiable que toute autre étape requise dans sa création.

En utilisant le système de piège à ions de l'Université du Maryland, l'équipe a pu refroidir jusqu'à 32 atomes individuels avec des lasers avant de les suspendre sur des électrodes sur une puce. En manipulant chaque atome avec des lasers, ils ont pu l'utiliser comme un qubit. Les chercheurs ont démontré que des conceptions innovantes pourraient un jour libérer l'informatique quantique de son état actuel d'erreurs. Les qubits logiques tolérants aux pannes peuvent contourner les défauts des qubits contemporains et pourraient constituer l'épine dorsale d'ordinateurs quantiques fiables pour les applications du monde réel.

Sans ordinateurs quantiques autocorrecteurs ou autoréparateurs, il serait impossible de créer des systèmes d'intelligence artificielle (IA) précis, transparents et éthiques. Ces algorithmes nécessitent de grandes quantités de données et de puissance de calcul pour réaliser leur potentiel, notamment en rendant les véhicules autonomes sûrs et les jumeaux numériques pouvant prendre en charge les appareils de l'Internet des objets (IoT).

Implications de l'informatique quantique auto-réparatrice

Les implications plus larges des investissements dans l'informatique quantique auto-réparatrice peuvent inclure :

Développer des systèmes quantiques capables de traiter des volumes de données plus importants tout en détectant les erreurs en temps réel.
Des chercheurs développent des systèmes quantiques autonomes qui peuvent non seulement s'auto-réparer, mais aussi s'auto-tester.
Augmentation du financement de la recherche quantique et du développement de micropuces pour créer des ordinateurs capables de traiter des milliards d'informations mais nécessitant moins d'énergie.
Des ordinateurs quantiques capables de prendre en charge de manière fiable des processus plus complexes, notamment des réseaux de trafic et des usines entièrement automatisées.
L'application industrielle complète de l'informatique quantique dans tous les secteurs. Ce scénario ne deviendra possible que lorsque les entreprises se sentiront suffisamment confiantes dans la précision des sorties de l'informatique quantique pour guider la prise de décision ou pour exploiter des systèmes à haute valeur ajoutée.