Publié le 2024-02-29 14:30:00. Des chercheurs de l’Université de Cologne ont mis au point un nouveau code de correction d’erreurs quantiques en trois dimensions, une avancée cruciale pour la construction d’ordinateurs quantiques fiables et performants. Cette innovation promet de préserver l’intégrité des informations quantiques pendant les calculs, un défi majeur dans ce domaine en pleine expansion.
- Un nouveau code correcteur d’erreurs quantiques tridimensionnel a été développé, capable de maintenir l’information logique pendant son fonctionnement.
- Cette avancée repose sur une géométrie de réseau unique, inspirée du code Hastings-Haah bidimensionnel, qui empêche la perte d’informations.
- La recherche ouvre de nouvelles perspectives sur la physique fondamentale des systèmes quantiques et la compréhension de l’intrication quantique.
La quête d’un ordinateur quantique capable de résoudre des problèmes complexes, inaccessibles aux machines classiques, se heurte à un obstacle majeur : la fragilité des états quantiques. Ces derniers sont extrêmement sensibles aux perturbations de l’environnement, ce qui entraîne des erreurs de calcul. Pour pallier ce problème, les chercheurs travaillent au développement de codes de correction d’erreurs quantiques, capables de détecter et de corriger ces erreurs. Une équipe de l’Institut de physique théorique de l’Université de Cologne, composée de Yoshito Watanabe, Bianca Bannenberg et Simon Trebst, vient de franchir une étape significative dans cette direction.
Leur travail, publié récemment, décrit une nouvelle implémentation d’un code torique fermionique tridimensionnel, utilisant des techniques de Floquet. Ces dernières permettent de générer dynamiquement des structures stabilisatrices en utilisant uniquement des mesures de Pauli à deux corps. L’originalité de cette approche réside dans sa capacité à étendre les principes des codes Floquet à des dimensions spatiales supérieures, auparavant limitées. Contrairement aux tentatives précédentes, ce nouveau code parvient à maintenir l’accès à l’espace qubit logique complet tout au long du processus de mesure, une condition essentielle pour le calcul quantique.
Au cœur de cette innovation se trouve une géométrie de réseau tridimensionnelle particulière, s’inspirant du réseau de Kekulé du code Hastings-Haah bidimensionnel. Cette structure possède une propriété unique : la suppression d’une seule liaison ne crée pas de longues chaînes, mais plutôt des boucles courtes et fermées. Cette caractéristique, qualifiée de « propriété de boucle », est cruciale pour empêcher l’effondrement des informations quantiques codées pendant la mesure, un problème récurrent dans les conceptions de réseaux tridimensionnels.
Les chercheurs ont également démontré qu’une séquence de mesure supplémentaire permet d’extraire l’ensemble du syndrome d’erreur sans compromettre les qubits logiques. Ce résultat est d’autant plus important qu’un simple cycle de mesure ne révèle pas toujours toutes les erreurs potentielles. Au-delà du code lui-même, cette géométrie de réseau définit une nouvelle famille de modèles Kitaev surveillés en trois dimensions, ouvrant des perspectives intéressantes sur la physique fondamentale des systèmes quantiques et la compréhension de l’intrication quantique.
Le réseau utilisé est construit à partir de couches carrées-octogonales empilées, interconnectées par des liaisons verticales, formant ainsi une structure tridimensionnelle où chaque sommet est connecté à trois arêtes. Cette architecture permet d’étendre les séquences de contrôle de parité à deux corps, caractéristiques des codes Floquet bidimensionnels, à un cadre tridimensionnel véritablement correcteur d’erreurs. Les analyses menées par l’équipe de Cologne suggèrent également l’existence de points critiques dans les diagrammes de phases sous-jacents, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles voies pour contrôler l’intrication quantique.
Bien que prometteuse, cette avancée n’en est qu’à ses débuts. Les chercheurs reconnaissent que la démonstration actuelle repose sur un programme de mesure spécifique et que le potentiel de correction d’erreur du code n’est pas encore pleinement exploité. Des stratégies de décodage plus sophistiquées seront nécessaires pour optimiser les performances du système. De plus, l’adaptation de ces structures tridimensionnelles à la taille requise pour le calcul quantique pratique représente un défi d’ingénierie considérable.