Informatique quantique : Google repousse les limites avec Willow

La puce Willow a effectué en moins de cinq minutes un calcul qui prendrait 10 septillions d’années à l’un des superordinateurs les plus rapides d’aujourd’hui. Pour confirmer ses performances, Google a utilisé le test d’échantillonnage de circuits aléatoires (RCS), considéré comme le test le plus difficile à réaliser sur un ordinateur quantique. Les résultats ont été qualifiés d’« étonnants » par Google.

En un mot, sa puce peut résoudre des problèmes complexes à des vitesses sans précédent. Comment est-ce possible ? Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits binaires, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, capables d’encoder plus de données simultanément.

Cependant, les qubits sont sujets aux erreurs en raison de leur sensibilité à l’environnement. Plus le nombre de qubits augmente, plus les erreurs peuvent s’accumuler, ce qui réduit ses performances comparées à une machine classique.

« Les qubits physiques sont intrinsèquement bruyants, avec des taux d’erreurs qui empêchent l’exécution de circuits quantiques complexes », rappelle Olivier Ezratty, un spécialiste en nouvelles technologies.

Des calculs utiles

Or Willow, avec ses 105 qubits, a démontré sa capacité à réduire les erreurs à mesure que le nombre de qubits utilisés augmente. Google a testé des réseaux de qubits de plus en plus grands, passant d’une grille de 3×3 qubits codés à une grille de 7×7, réduisant à chaque fois le taux d’erreur de moitié. Cette réduction exponentielle du taux d’erreur est une réalisation historique connue sous le nom de « sous le seuil », un défi majeur depuis l’introduction de la correction d’erreurs quantiques par Peter Shor en 1995.

Autre « exploit » de Willow : sa capacité à corriger des erreurs en temps réel sur un système quantique supraconducteur. Cette puce a aussi révélé une durée de vie des réseaux de qubits plus longue que celle des qubits physiques individuels. Ce constat laisse donc à penser que la correction des erreurs améliore le système dans son ensemble.

L’un des prochains défis sera de démontrer un premier calcul « utile, au-delà du classique » sur les puces quantiques d’aujourd’hui, pertinent pour une application du monde réel. Google a déjà réalisé des simulations scientifiquement intéressantes de systèmes quantiques, mais ces calculs restent à la portée des ordinateurs classiques. L’objectif sera donc d’entrer dans le domaine des algorithmes qui sont hors de portée des ordinateurs classiques, mais utiles pour des problèmes réels et commercialement pertinents.