Résumé :
L'équipe de recherche de Google Quantum AI a démontré pour la première fois la « culture de l'état magique » sur le processeur quantique supraconducteur Willow et a rapporté que le taux d'erreur de l'état quantique cultivé était environ 40 fois inférieur à celui de l'état non cultivé, et que la fidélité logique atteignait 99,99 %. La recherche, publiée dans la revue Science, montre que la solution, qui était auparavant restée largement théorique, peut désormais être exécutée sur du matériel quantique réel.
L'état magique est un état quantique spécial requis pour mettre en œuvre l'informatique quantique universelle et peut être utilisé pour effectuer des opérations non-Clifford appelées portes en T. Les architectures de correction d'erreurs existantes consomment généralement un grand nombre de qubits et de ressources informatiques pour préparer des états magiques de haute qualité ; Certaines estimations suggèrent que les préparations associées pourraient occuper jusqu'à environ 95 % des capacités d'un ordinateur quantique. La méthode de culture injecte d’abord des états quantiques bruyants dans une petite zone de la puce, puis vérifie les erreurs et filtre les résultats non qualifiés grâce à une série de mesures coordonnées pour obtenir des états logiques plus purs.
Les expériences présentées dans l'article ont réduit la probabilité d'erreurs logiques d'environ 0,44 % sans culture à environ 0,01 % à 0,02 %, ce qui est cohérent avec l'affirmation « réduit d'environ 40 fois » ; cependant, les résultats expérimentaux retenus après sélection représentaient environ 8 %, ce qui indique que cette amélioration des erreurs s'accompagne toujours d'un faible taux de réussite, et ne peut pas simplement être comprise comme signifiant que les ressources requises pour l'ensemble de l'ordinateur quantique ont été réduites de 40 fois. L’équipe a également démontré la conversion et la transplantation de l’état logique du code couleur avec une distance de 3 en un code de surface avec une distance de 5, vérifiant que l’état cultivé peut être transféré entre différents codes de correction d’erreurs. La puce entière de Willow possède 105 qubits physiques, mais ces résultats sont des démonstrations de circuits expérimentaux spécifiques et ne constituent pas des programmes pratiques et tolérants aux pannes à grande échelle qui ont été exécutés sur la puce.
Les chercheurs ont également découvert lors d'expériences que les fluctuations de température et la dérive des appareils électroniques peuvent interférer avec les références de mesure traditionnelles. Ils ont donc amélioré le contrôle du matériel et conçu de nouvelles méthodes de test de référence. Google a déclaré qu'il devait encore vérifier la culture de l'état magique à plus grande échelle et résoudre plusieurs défis d'ingénierie au cours du processus d'expansion. Les résultats à ce stade prouvent que la voie technique peut être mise en œuvre sur du matériel réel, offrant ainsi de nouveaux progrès dans l'abaissement du seuil de ressources de l'informatique quantique tolérante aux pannes, mais il reste encore une distance par rapport aux ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle.
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