By Kenna Hughes-Castleberry publié le 24 nov. 2022
En raison de leur fragilité et de leur sensibilité au bruit, ordinateurs quantiques ont encore un long chemin à parcourir avant qu'ils puissent être plus largement utilisés. L'un des principaux défis du développement de cette technologie est lié à son architecture. Comme de nombreux ingénieurs l'ont déjà constaté, le qubits au sein de l'ordinateur quantique agissent à la fois comme une unité de mémoire et une unité de calcul. Cela crée des limites à ce que la technologie peut faire, car les mémoires quantiques ne peuvent pas être copiées et ne peuvent donc pas être stockées dans un ordinateur classique. En raison de cette limitation, de nombreux développeurs quantiques postulent que les qubits d'un ordinateur quantique doivent mieux interagir les uns avec les autres afin de partager les informations de mémoire. Nouvelle recherche de l'Université de Innsbruck propose une nouvelle architecture pour un ordinateur quantique. Cette architecture, appelée architecture LHZ d'après les chercheurs Wolfgang Lechner, Phillip Hauke et Peter Zoller, est conçue spécifiquement pour l'optimisation mais peut également effectuer des opérations de parité et de correction d'erreurs. L'architecture permet à ces processus de se produire lorsque les qubits physiques sont codés pour la coordination entre les bits plutôt que pour les qubits eux-mêmes.
"L'architecture LHZ est une architecture quantique qui nous permet d'encoder des problèmes d'optimisation pour un ordinateur quantique d'une manière qui ne nécessite pas d'interactions difficiles à longue portée lors de leur résolution", a expliqué Ph.D. chercheur Michel Felner du groupe de recherche de Lechner. «Ceci est différent des approches conventionnelles qui nécessitent souvent une surcharge importante en ressources de porte pour ces interactions. Pour réduire ce surcoût, l'architecture implémentée est fortement couplée. Cela permet à l'architecture LHZ d'effectuer des processus de parité. "Au lieu d'encoder chaque variable de bit directement dans un bit quantique (qubit), les qubits de l'architecture LHZ représentent la différence ("parité") entre deux ou plusieurs viables, ce qui simplifie la mise en œuvre de certains algorithmes quantiques", a ajouté Fellner. En encodant les qubits avec cette parité, le nombre de qubits nécessaires à l'informatique quantique diminue, permettant une méthode plus simple pour l'évolutivité et les implémentations et suggérant même un moyen possible de rendre ces machines plus mobiles.
La poursuite de la parité
L'idée d' parité sur un ordinateur quantique n'est pas vraiment nouveau. Comme l'a expliqué Fellner : « Les ordinateurs quantiques existants mettent déjà très bien en œuvre de telles opérations à petite échelle. Cependant, à mesure que le nombre de qubits augmente, il devient de plus en plus complexe de mettre en œuvre ces opérations de porte. Lors de la conception de l'architecture LHZ, les chercheurs d'Innsbruck ont prévu ce problème possible en programmant leurs qubits d'une manière différente de celle d'un ordinateur quantique typique. "En exploitant le fait que les qubits dans l'architecture de parité codent la partie relative de plusieurs qubits" standard ", il peut implémenter certaines opérations quantiques de manière plus simple", a ajouté Fellner. « Dans nos travaux récents, nous avons montré qu'il est possible de construire un ensemble de portes universel, c'est-à-dire permettant d'implémenter n'importe quel algorithme. Ce type d'ordinateur quantique universel suggère de grandes implications pour l'industrie de l'informatique quantique et pourrait contribuer à accélérer son développement. "En plus de cela", a déclaré Fellner, "on peut exploiter la surcharge du nombre de qubits pour détecter et corriger les erreurs quantiques qui pourraient survenir pendant le calcul."
Utilisation de l'architecture LHZ pour atténuer la correction d'erreurs
En raison de leur sensibilité au bruit, les ordinateurs quantiques peuvent devenir plutôt sujets aux erreurs. Plusieurs méthodes différentes sont testées pour atténuer la correction des erreurs et les chercheurs d'Innsbruck pensent que l'architecture LHZ peut aider à ce processus. "Les erreurs quantiques peuvent être classées en deux types, les erreurs dites de retournement de bit et les erreurs de retournement de phase", a déclaré Fellner. L'architecture LHZ est conçue pour corriger les deux. Un type d'erreur (inversion de bit ou erreur de phase) est évité par le matériel utilisé », ont ajouté les chercheurs d'Innsbruck Annette Messinger et Killian Ender. "L'autre type d'erreur peut être détecté et corrigé via le logiciel." Avec une méthode robuste de correction d'erreurs et d'évolutivité, il ne sera pas surprenant de voir l'architecture LHZ commencer à être mise en œuvre.
Déjà la société dérivée co-fondée par Lechner et Magdalena Hauser, appelée ParitéQC, travaille avec des chercheurs d'Innsbruck et d'ailleurs pour essayer d'utiliser cette nouvelle architecture.
Kenna Hughes-Castleberry est rédactrice à Inside Quantum Technology et communicatrice scientifique à JILA (un partenariat entre l'Université du Colorado à Boulder et le NIST). Ses rythmes d'écriture incluent la technologie profonde, le métaverse et la technologie quantique.
