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Étape symbolique d’IBM dans la détection d’erreurs quantiques

Image 1 : Étape symbolique d'IBM dans la détection d'erreurs quantiquesLa nouvelle puce d’IBM capable de détecter le bit flip et le phase flipDes chercheurs d’IBM ont publié un papier important dans la revue Nature Communications montrant pour la première fois au monde une puce capable de détecter les deux erreurs qui peuvent survenir en informatique quantique, le bit flip et le phase flip. Jusqu’à présent, il n’était possible de détecter que l’une de ces erreurs à la fois. Le fait de pouvoir détecter les deux en même temps est une réussite importante qui nous rapproche des systèmes quantiques classiques.

Image 2 : Étape symbolique d'IBM dans la détection d'erreurs quantiquesBit et qubit

Un système informatique classique repose sur la notion de bit, une représentation binaire des données utilisées par le système. Ainsi, une donnée peut prendre la forme d’un 1 ou un 0 et cette représentation est définie physiquement en laissant passer ou pas de l’électricité ou de la lumière, ou en jouant sur la résistance électrique des matériaux, entre autres. Par exemple, une haute résistance électrique peut représenter un 1 et le phénomène opposé signifiera un 0. Dans un système quantique, la représentation des données est beaucoup plus complexe puisque l’on utilise la position ou le mouvement angulaire d’un électron autour d’un atome. C’est ce qui forme la base du qubit (quantum bit). Par exemple, dans un atome d’hydrogène, un électron peut être à l’état fondamental ou à l’état excité. Le premier représente un 0 et le second un 1. La particularité de ce système est que l’électron peut aussi se situer entre les deux états. C’est ce que l’on appelle la superposition des états. Une fois mesuré, l’électron prendra un état fondamental ou excité, mais en attendant, il se situe entre les deux et peut occuper une foule de positions. La force de l’informatique quantique est de pouvoir exploiter ce phénomène pour représenter un 0, un 1 et un nombre de valeurs infini entre les deux.

Une architecture capable de détecter les erreurs

Pour qu’un système informatique puisse fonctionner, il doit être capable de détecter l’introduction d’erreurs qui surviendrait lors de la manipulation de ses données. Il y a deux types d’erreurs en informatique quantique, le bit flip et le phase flip. Dans le premier cas, un 1 devient un 0, et inversement. Dans le second cas, un qubit positif devient négatif, et inversement. Très schématiquement, cela signifie que la représentation du qubit (qu’elle soit une superposition entre 1 ou 0 ou entre une amplitude positive ou négative) est modifiée involontairement, ce qui provoque une corruption du qubit. IBM donne peu de détail sur sa découverte et explique seulement qu’il est arrivé à détecter les deux types d’erreurs en modifiant le design de sa puce pour adopter une architecture carrée au lieu d’un simple alignement des qubits. On se rapproche donc encore un peu plus d’un processeur quantique capable de transformer l’informatique quantique classique. En attendant, les recherches en informatique quantique adiabatique continuent (cf. « Google benchmark son ordinateur quantique »). Ceux qui sont intéressés par le sujet peuvent se procurer l’ouvrage Quantum Computation and Quantum Information sur Amazon.