Yale dirige un effort de cinq ans soutenu par la National Science Foundation et doté de 37,5 millions de dollars pour relever le défi de la correction d’erreurs quantiques, un obstacle central à l’informatique quantique fiable. Le nouvel institut NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction, connu sous le nom de NSF PRACTIQAL, réunit des chercheurs de différentes disciplines et universités afin de tracer une voie vers des ordinateurs quantiques pratiques à l’échelle industrielle. Ces travaux sont importants, car les machines quantiques doivent identifier et corriger les erreurs plus vite qu’elles ne surviennent pour devenir suffisamment fiables pour des usages réels. .
Points clés
- La subvention de la NSF totalise 37,5 millions de dollars et finance un projet de cinq ans dirigé par Yale.
- NSF PRACTIQAL abordera la correction d’erreurs quantiques, des qubits physiques et de l’électronique de contrôle jusqu’aux algorithmes.
- Le centre se concentrera sur le passage à l’échelle de machines corrigées contre les erreurs et sur les « qubits d’effacement », conçus pour signaler où et quand une erreur s’est produite.
- Cette attribution est l’une des huit subventions NSF Quantum Leap Challenge Institute destinées à de grands centres de recherche interdisciplinaires.
Ce que cela signifie pour les chercheurs et les universités
Pour les chercheurs et les universités participantes, NSF PRACTIQAL crée un programme coordonné couvrant la physique, l’ingénierie, l’informatique et la chimie. Au lieu de traiter le matériel, les codes de correction d’erreurs et les algorithmes comme des problèmes distincts, le centre entend les optimiser ensemble afin de rendre les systèmes quantiques tolérants aux fautes plus réalisables, efficaces et pratiques.
Les enseignants-chercheurs de Yale impliqués comprennent Robert Schoelkopf et Michael Hatridge, ainsi que Yongshan Ding, Lin Zhong, Aleksander Kubica, Shruti Puri, Steven Girvin, Konrad Lehnert et Victor Batista. L’institut comprend aussi des universités partenaires, des partenaires industriels et un conseil consultatif externe destiné à contribuer au maintien de la pertinence de ses recherches pour l’ensemble de la communauté de l’informatique quantique.
Pourquoi la correction d’erreurs quantiques est-elle le défi central du projet ?
La correction d’erreurs quantiques est centrale parce que les qubits sont fragiles : le bruit et d’autres facteurs environnementaux peuvent perturber leurs états quantiques. Une machine pratique doit donc détecter et corriger les erreurs plus vite qu’elles n’apparaissent. NSF PRACTIQAL est conçu pour étudier les sciences et l’ingénierie nécessaires afin de rendre ce processus plus efficace et applicable à des systèmes plus grands.
L’information en informatique conventionnelle est représentée par des zéros et des uns robustes, tandis que les qubits sont nettement plus sensibles aux erreurs. Cette différence a fait de la fiabilité un obstacle majeur à l’informatique quantique, malgré son potentiel pour traiter des problèmes presque impossibles à résoudre pour les ordinateurs classiques, notamment dans la science des matériaux et la conception de médicaments.
« Aujourd’hui, la correction d’erreurs est le principal défi scientifique et d’ingénierie pour rendre l’informatique quantique utile », a déclaré Robert Schoelkopf, directeur du centre et Sterling Professor of Applied Physics.
Comment NSF PRACTIQAL prévoit de relier les couches de l’informatique quantique
L’approche du centre consiste à travailler à tous les niveaux d’un ordinateur quantique. Ses chercheurs étudieront les qubits physiques et l’électronique de contrôle, ainsi que les codes et algorithmes utilisés pour faire fonctionner une machine. L’objectif est de garantir que le matériel et les logiciels soient conçus pour exécuter des types de code compatibles, afin d’améliorer l’efficacité et de réduire la sensibilité aux erreurs.
L’une des priorités de recherche consiste à identifier les problèmes qui ont ralenti le passage à l’échelle des machines corrigées contre les erreurs. Une deuxième consiste à explorer les qubits d’effacement, mis au point par des membres de l’équipe PRACTIQAL. Ces qubits spécialement conçus servent de marqueurs qui identifient le lieu et le moment d’une erreur, une approche que l’institut examinera pour rendre la correction d’erreurs plus pratique.
Michael Hatridge, codirecteur de PRACTIQAL et professeur associé de physique appliquée, a indiqué qu’une grande partie des travaux antérieurs s’était concentrée sur de très petites machines optimisées pour la correction d’erreurs. L’objectif du groupe est de raccourcir le chemin vers des ordinateurs quantiques de grande taille corrigés contre les erreurs en démontrant des idées et en définissant une trajectoire pour des systèmes plus grands, plutôt qu’en construisant lui-même un système géant.
Ce que l’effort de cinq ans doit permettre d’obtenir
À la fin du projet de cinq ans, les chercheurs prévoient d’avoir élaboré une voie vers des ordinateurs pratiques à correction d’erreurs à l’échelle industrielle. Le rôle de l’institut est de coordonner des compétences souvent concentrées sur des composants individuels et de les appliquer à la conception optimisée d’une machine complète.
La subvention de la NSF fait partie de huit attributions destinées aux Quantum Leap Challenge Institutes, de grands centres interdisciplinaires qui s’attaquent à des défis majeurs des sciences et technologies de l’information quantique. Pour Yale et ses collaborateurs, elle soutient un effort visant à relier la recherche fondamentale sur les erreurs dans les dispositifs quantiques aux choix de matériel et de logiciel nécessaires à des machines fiables.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que NSF PRACTIQAL ?
NSF PRACTIQAL est le NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction. Dirigé par Yale, il s’agit d’un centre de cinq ans doté de 37,5 millions de dollars qui réunit des informaticiens, des chimistes, des physiciens et des ingénieurs afin de faire progresser l’informatique quantique corrigée contre les erreurs à grande échelle.
Que sont les qubits d’effacement ?
Les qubits d’effacement sont des qubits spécialement conçus qui signalent exactement où et quand une erreur s’est produite. NSF PRACTIQAL explorera leur utilisation dans le cadre de ses travaux visant à rendre la correction d’erreurs quantiques plus pratique et plus efficace.
