Les anyons non abéliens peuvent exécuter n'importe quel calcul quantique, selon une équipe pilotée par Chicago

L'expérience, publiée dans Nature et annoncée par l'université de Chicago le 25 septembre, combine deux mécanismes, le tressage et la fusion, pour produire ce que l'équipe appelle un jeu de portes universel. Selon ScienceDaily, qui a repris le communiqué de l'université, les travaux ont impliqué la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago, Harvard, l'université de Stony Brook et Quantinuum.

Universel signifie qu'une machine peut exécuter n'importe quel algorithme quantique, et pas seulement une tâche spécialisée. Le résultat est une preuve de principe sur 54 qubits, pas un ordinateur polyvalent en état de marche.

Ce résultat compte parce que la correction d'erreurs est devenue le problème d'ingénierie central du domaine. Les ordinateurs quantiques sont fragiles : l'information est en général répartie sur de nombreux qubits physiques pour résister au bruit, mais ces états protégés ne peuvent d'ordinaire pas exécuter toutes les opérations dont une machine universelle a besoin. Les ingénieurs comblent l'écart avec des « états magiques », des ressources préparées qui exigent une étape de purification appelée distillation, laquelle peut consommer une large part des qubits disponibles d'une machine. Le nouvel article soutient que les anyons non abéliens pourraient éviter entièrement ce coût.

« Les codes non abéliens sont un outsider dans la course à la correction d'erreurs quantique », a déclaré Henrik Dreyer, directeur général et responsable scientifique du bureau munichois de Quantinuum et coauteur de l'étude. « Dans ce travail, nous montrons le premier jeu de portes universel dans un code non abélien, ce qui démontre que des calculs tolérants aux fautes peuvent en principe se faire sans recourir à la distillation ou à la culture d'états magiques, qui sont les opérations les plus coûteuses des codes de correction d'erreurs quantique standard. »

Les anyons n'existent pas comme particules autonomes dans la nature. Les scientifiques les créent dans des circuits en intriquant de nombreux qubits ordinaires en un état collectif qui obéit à ses propres règles. Déplacer un anyon autour d'un autre, un processus appelé tressage, modifie l'état encodé ; l'ordre de ces déplacements compte, et c'est ce que signifie « non abélien ». Comme l'information est répartie sur le groupe intriqué, elle est aussi protégée de certaines petites perturbations.

Une expérience antérieure de 2024, menée par certains des mêmes chercheurs, avait créé des anyons liés à un groupe de symétrie appelé D4, les rotations et réflexions qui laissent un carré inchangé, sur une machine à ions piégés de Quantinuum. Cela montrait que les particules pouvaient être fabriquées et déplacées, mais le tressage seul ne suffisait pas au calcul universel.

« Dans ce travail, nous n'avons pas démontré que ces forces émergentes suffisaient à faire du calcul quantique », a déclaré Ruben Verresen, professeur adjoint de génie moléculaire à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago et coauteur. « Cet univers particulier que nous avions créé n'était pas assez puissant. »

Pour la nouvelle étude, l'équipe est passée à S3, le groupe de symétrie d'un triangle équilatéral, et a construit les anyons correspondants sur le processeur H2 de Quantinuum avec 54 qubits intriqués. Verresen a décrit ces codes comme « la création de petits univers », dans des commentaires diffusés par l'université. L'affirmation de l'article est étroite et vérifiable : ce code précis prend en charge un jeu de portes universel sur du matériel réel.

La même semaine, le département de l'Énergie des États-Unis a apporté son poids à une autre question : à quoi doivent servir les ordinateurs quantiques. Le 25 septembre, Fermilab a publié le rapport du comité quantique SCAC, « Path to an Integrated Quantum Future », issu d'un travail collectif du domaine présidé par Anna Grassellino, directrice de la technologie de Fermilab, avec le professeur Supratik Guha de l'université de Chicago comme vice-président.

Le rapport trace une voie jalonnée d'étapes vers un ordinateur quantique corrigé des erreurs et scientifiquement pertinent d'ici 2 028, et esquisse un plan en trois phases : des Grand Challenges compétitifs de 2 026 à 2 028 associant laboratoires nationaux, universités et industrie ; une DOE Quantum Computing User Facility, décrite dans le rapport comme un instrument scientifique ouvert plutôt qu'un service cloud commercial ; et l'intégration des processeurs quantiques dans l'infrastructure de calcul haute performance et d'IA du DOE à partir de 2 030. Les applications ciblées annoncées incluent la prédiction moléculaire pour la découverte de médicaments, les catalyseurs pour l'industrie, les matériaux utiles à la fusion et la physique de l'univers primordial.

Les fabricants de matériel poussent en parallèle du côté cryogénique. IBM a indiqué le 19 août avoir assemblé et refroidi deux systèmes cryogéniques modulaires dans un même environnement, une étape vers la liaison de centaines de puces quantiques. Les modules mesurent plus de 8 pieds de haut et 8 pieds de large, descendent à 4 kelvins en moins de cinq jours et atteignent moins de 15 millikelvins, ce qu'IBM décrit comme plus de 180 fois plus froid que l'espace profond. IBM prévoit d'installer des processeurs Nighthawk dans les modules plus tard cette année et vise toujours une machine tolérante aux fautes, Starling, en 2 029.

Entre les qubits et les réfrigérateurs se cache un problème moins visible : la modélisation de l'électronique de contrôle et de lecture, qui doit fonctionner à quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Un article sponsorisé publié par Semiconductor Engineering le 24 septembre décrit un flux de travail qui extrait un modèle compact BSIM-BULK à température ambiante, puis utilise un réseau de neurones hybride pour apprendre le comportement cryogénique résiduel que le modèle physique ne peut pas capturer, à partir de données de mesure à 4 K ou en dessous. L'article cite un taux de croissance annuel composé de 41,8 % pour le marché de l'informatique quantique de 2 025 à 2 030, attribué à MarketsandMarkets, une prévision à traiter comme une projection du côté des fournisseurs plutôt que comme une mesure. Le rapport évoque par ailleurs un marché de 4 000 de dollars à terme, un chiffre qui reste une projection et non un relevé.

Lus ensemble, les deux annonces de septembre pointent dans des directions opposées. Le résultat sur les anyons est une affirmation précise, vérifiée sur du matériel, concernant une voie vers la tolérance aux fautes, et ses auteurs précisent qu'elle supprime une étape coûteuse en principe, pas dans une machine de production. La feuille de route du DOE est un document politique avec des dates et aucun nouvel essai derrière.

Un désaccord mérite d'être signalé : le rapport du SCAC soutient que le succès doit se mesurer à l'utilité scientifique plutôt qu'à des jalons centrés sur le matériel, alors que la même feuille de route s'engage encore sur une machine corrigée des erreurs d'ici 2 028. Ces deux mesures ne sont pas identiques, et le rapport ne les concilie pas.

Le test à court terme consiste à savoir si d'autres groupes peuvent reproduire le jeu de portes universel S3 et si les opérations fondées sur la fusion passent l'échelle au-delà de 54 qubits. D'ici là, l'outsider a gagné une course, pas la course.