Google affirme avoir résolu l'un des plus grands goulots d'étranglement de l'informatique quantique

Google affirme avoir transformé l'un des tours de passe-passe théoriques les plus prometteurs de l'informatique quantique en quelque chose qui fonctionne réellement sur une puce.

Dans un article publié dans Science jeudi, l'équipe Quantum AI de l'entreprise a montré qu'une technique appelée culture d'états magiques a réduit les erreurs d'environ 40 fois sur son processeur Willow.

Rendre les ordinateurs quantiques moins chers à construire compte bien au-delà des laboratoires de physique, car cela rapproche le jour où ils accompliront un travail utile, comme concevoir des médicaments et de nouveaux matériaux, ainsi que le jour où l'on pourrait casser le chiffrement qui protège les identifiants bancaires et les portefeuilles Bitcoin.

Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits—des bits quantiques qui peuvent contenir un mélange de 0 et de 1 à la fois, leur permettant d'explorer de nombreuses réponses en parallèle. Ils sont aussi absurdement fragiles : un peu de chaleur ou de bruit électrique peut faire basculer un qubit et ruiner un calcul, c'est pourquoi toute l'industrie est obsédée par la correction d'erreurs (répartir une information sur de nombreux qubits afin que les erreurs puissent être détectées et corrigées).

La correction d'erreurs gère bien les opérations simples, mais un programme réellement utile a aussi besoin d'une classe d'opérations plus difficiles qui ne peuvent pas être protégées de la même manière. Pour les exécuter, la machine doit d'abord fabriquer des états magiques, qui fonctionnent comme des piles à combustible à usage unique pour ces opérations : chacun est consommé au moment où il est utilisé.

Produire des états magiques propres a toujours été brutalement coûteux. Certaines estimations chiffrent la facture jusqu'à 95 % de la capacité totale d'un ordinateur quantique, selon Google, laissant très peu de place au calcul proprement dit.

Les physiciens Sergei Bravyi et Alexei Kitaev ont exposé la solution standard en 2004 avec la distillation d'états magiques, qui prend de nombreux états magiques bruités et les réduit à quelques-uns propres. Cela fonctionne, mais exige d'immenses « usines » à qubits qui ne font rien d'autre.

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En 2024, des chercheurs de Google ont proposé une voie moins coûteuse qu'ils ont nommée culture d'états magiques. Au lieu d'une usine, cette technique agit comme un filtre, injectant un état magique brut dans une minuscule parcelle de la puce pour ensuite exécuter une chaîne de vérifications, rejeter chaque tentative présentant un défaut détecté et continuer à faire croître les survivants. Leur article allait jusqu'à suggérer qu'une distillation supplémentaire « pourrait ne jamais être nécessaire en pratique ».

« Sur le processeur Willow de Google Quantum AI, notre protocole a obtenu une réduction extraordinaire de 40 fois des erreurs par rapport aux états non cultivés. Et nous avons obtenu des états T avec une fidélité logique record de 99,99 % », a déclaré Google.

Seulement environ 8 % des tentatives ont passé toutes les vérifications, ce qui signifie que la puce rejette plus de neuf essais sur dix pour conserver un état propre.

La cultivation est l'une des astuces derrière l'estimation de Gidney en 2025 selon laquelle le chiffrement RSA-2048 pourrait être cassé avec moins d'un million de qubits bruités, soit une baisse de 20 fois par rapport aux 20 millions qu'il estimait en 2019. Jusqu'à cette expérience, la cultivation n'avait été testée qu'en théorie et en simulations informatiques.

Google a continué de resserrer la vis en mars, lorsqu'un livre blanc de Quantum AI coécrit avec le chercheur de la Fondation Ethereum Justin Drake et le cryptographe de Stanford Dan Boneh a estimé le coût de cassage de la cryptographie à courbe elliptique de Bitcoin (les mathématiques qui empêchent quiconque de dériver votre clé privée à partir de votre adresse publique) à moins de 500 000 qubits physiques. Cela fait suite à l'expérience Quantum Echoes de la société en octobre dernier, la première accélération quantique vérifiée sur du matériel réel.

Personne ne vide des portefeuilles avec cela. L'expérience a utilisé au maximum 54 des 105 qubits de Willow, et l'article note que factoriser une clé RSA-2048 nécessiterait des états magiques avec des erreurs d'environ une sur 10 milliards, soit environ un million de fois plus propres que ce que Google vient d'accomplir.

Google affirme que la prochaine étape consiste à exécuter la cultivation à plus grande échelle. L'équipe prévoit que réduire de moitié le bruit matériel sous-jacent de Willow ferait chuter les erreurs des états magiques à environ deux sur 100 000, car les erreurs du processus diminuent avec le cube du niveau de bruit de la puce.