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Le premier article académique d'un étudiant résout un problème d'informatique quantique vieux de plusieurs décennies,
La solution a été adoptée par Amazon Web Service

Le , par Stan Adkens

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Depuis plus de vingt ans, les scientifiques parlent du potentiel des ordinateurs quantiques qui, en théorie, pourraient répondre instantanément à de nombreuses questions qui demandent des jours de calcul aux ordinateurs actuels. Les progrès ont été plus lents que le battage médiatique. Cependant, l'un des obstacles pourrait avoir été considérablement réduit par un étudiant de 21 ans en deuxième année de physique qui a acquis sa première expérience de travail sur des problèmes du monde réel : il lui a été demandé d’examiner un code correcteur d'erreurs comme devoir supplémentaire. Et sa solution a été adoptée, entre autres, par Amazon Web Service (AWS).

Le travail de l’étudiant de l'Université de Sydney pourrait avoir raccourci le délai nécessaire pour réaliser des calculs quantiques évolutifs. En réalisant ce qui est décrit comme une modification "simple mais ingénieuse" d'un code correcteur d'erreurs quantique étudié depuis plus de 20 ans, Pablo Bonilla Ataides, étudiant en licence de sciences, a fait une percée et attiré l'attention du monde entier.


Ce qui faisait partie d'un cours de physique de deuxième année a maintenant débouché sur une étude publiée, cosignée par des chercheurs de l'université, qui sera utilisée par le géant du cloud Amazon Web Services et dans les programmes quantiques des principales universités américaines.

Bonilla est arrivé en à Sydney en Australie avec sa famille lorsqu'il était un enfant de 11 ans. « Nous sommes arrivés d'Uruguay en 2011, donc ce sont mes parents, un frère et une petite sœur et ils sont géniaux. C'était très différent de l'Uruguay, et notre famille nous a définitivement manqué, mais les opportunités que l'Australie a offertes, et Sydney en particulier pour moi, ont fait que cela en valait la peine ».

Qu'est-ce qui rend cette modification si spéciale ? « La technologie quantique n'en est qu'à ses débuts, en partie parce que nous n'avons pas réussi à surmonter l'instabilité inhérente aux machines qui produisent tant d'erreurs », a expliqué Bonilla dans un communiqué de presse de l'université.

Si les erreurs sont rares dans les transistors numériques – les commutateurs – utilisés par les ordinateurs classiques, les "commutateurs" des ordinateurs quantiques – les qubits – sont particulièrement sensibles aux interférences de l'environnement extérieur. C'est pourquoi les scientifiques ont besoin de la correction d'erreurs quantiques, afin d'améliorer les machines en supprimant les erreurs de qubits et en les rendant moins bruyantes.

« En deuxième année de physique, on m'a demandé d'examiner un code correcteur d'erreurs couramment utilisé pour voir si nous pouvions l'améliorer. En inversant la moitié des commutateurs quantiques – ou qubits – dans notre conception, nous avons découvert que nous pouvions effectivement doubler notre capacité à supprimer les erreurs », a expliqué Bonilla.

Le code actuel a été utilisé pendant près de vingt ans pour corriger les erreurs dans l'informatique quantique. Avec les modifications apportées par Bonilla, les sources nécessaires pour détecter et corriger les erreurs ont été considérablement réduites. La capacité à identifier et à corriger les erreurs a ainsi été doublée. Un article basé sur cette solution vient d'être publié dans Nature Communications.

Un travail repris par de grands laboratoires de recherche, y compris celui du géant de la technologie Amazon

Le Dr Ben Brown est le coauteur de l’article publié lundi dernier dans Nature Communications. Brown a déclaré : « Il est impossible de rendre les qubits parfaits – pour cela, il faudrait qu'ils fonctionnent à des températures proches du zéro absolu, et de toute façon, il y a toujours des erreurs dans les équipements de laboratoire ». Par conséquent, les erreurs sont beaucoup plus fréquentes que pour les ordinateurs traditionnels à semi-conducteurs. Au lieu de cela, les scientifiques cherchent des moyens de faire en sorte que les qubits agissent collectivement afin qu'ils servent de vérificateurs les uns pour les autres, révélant où les erreurs se sont produites.

« À Sydney, nous travaillions sur ce problème depuis un certain temps », a déclaré Brown. Bonilla a postulé pour rejoindre un programme où les étudiants de deuxième année se joignaient à des projets. Impressionné par ses résultats aux examens, le responsable du programme l'a laissé rejoindre l’équipe. « Nous avons envoyé Pablo essayer quelque chose et il est revenu avec un code et des simulations qui ont donné d'excellents résultats ». Ce qui s'est avéré être bien plus loin que ce à quoi on s'attendait, a poursuivi Dr Brown.


Outre la publication dans une revue prestigieuse, le travail de Bonilla sera désormais la vedette des techniques de correction d'erreurs d'AWS et pourra être efficacement adapté aux codes de surface développés dans le monde entier. Le géant de la technologie Amazon, qui pèse plusieurs milliards de dollars, prévoit de l'utiliser dans l'ordinateur quantique qu'il tente de construire pour sa plateforme de Cloud Computing Amazon Web Services.

« Cette recherche m'a surpris », a déclaré le Dr Earl Campbell de l'AWS. « J'ai été étonné qu'une modification aussi légère d'un code de correction d'erreur quantique puisse entraîner un impact aussi important sur les performances prévues ».

AWS n'est pas le seul, et des équipes de l'Université de Yale sont également intéressées par l'utilisation du nouveau code. Le professeur adjoint Shruti Puri, du programme de recherche quantique de l'Université de Yale, a déclaré : « Ce qui me surprend dans ce nouveau code, c'est son élégance pure. Ses remarquables propriétés de correction des erreurs proviennent d'une simple modification d'un code qui a été étudié en profondeur pendant près de deux décennies.

« Il est extrêmement pertinent pour une nouvelle génération de technologies quantiques en cours de développement à Yale et ailleurs. Grâce à ce nouveau code, je pense que nous avons considérablement raccourci le délai pour parvenir à un calcul quantique évolutif », a-t-il dit.

« C'est très excitant parce que l'informatique quantique n'en est qu'à ses débuts, mais il y a tellement de gens talentueux dans le monde qui travaillent sur ce sujet », a déclaré Bonilla. L'informatique quantique est considérée comme l'avenir de l'informatique. On pense qu'un ordinateur quantique serait capable d'effectuer de grandes simulations pour résoudre des problèmes complexes dans des secteurs tels que l'énergie, les produits pharmaceutiques et la cybersécurité, et qu'il permettrait de faire d'énormes progrès en matière d'intelligence artificielle.

« Nous avons juste apporté le plus petit des changements à une puce que tout le monde construit, et tout d'un coup, elle a commencé à faire beaucoup mieux », a déclaré le Dr Brown. « Je trouve étonnant que personne ne l'ait repéré depuis une vingtaine d'années que l'on travaille sur ce modèle ».

Bonilla a déclaré qu'on ne pouvait nier que le travail avait été un travail difficile, mais il a ajouté qu'il était plus facile parce que l'équipe était sincèrement enthousiasmée par les possibilités de l'informatique quantique. « Il y a de longues heures de travail, c'est certain, mais quand on fait des recherches comme nous l'avons fait, ça paye », a-t-il déclaré.

Deux institutions cherchent à mettre l'idée en pratique. Néanmoins, Brown prévient qu'il y a encore un long chemin à parcourir avant que l'informatique quantique ne soit appliquée à grande échelle. « Les gens sont très enthousiastes à l'idée d'une expérience en 2019 », a-t-il déclaré, « mais il ne s'agit encore que d'un boulier quantique ».

Source : Article d'étude

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Quels commentaires faites-vous de la solution à un problème vieux de 20 ans trouvée par un jeune étudiant, et qui sera mise en pratique par des institutions de recherche ?

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