Les anyons non abéliens atteignent un jeu de portes universel, la feuille de route du DOE fixe l'échéance à 2028

Le résultat compte parce que l'informatique quantique universelle est surtout restée une promesse portée par des qubits ordinaires, ceux qui stockent l'information dans deux états et leurs mélanges quantiques. Les anyons non abéliens sont différents. Ils n'existent pas comme particules autonomes dans la nature. Les scientifiques les fabriquent dans des circuits en intriquant de nombreux qubits conventionnels en un état collectif qui suit ses propres règles.

« Nous avons démontré ce qu'on appelle un jeu de portes universel, ce qui signifie que si vous stockez de l'information dans ces versions émergentes de quarks et que vous les déplacez, vous pouvez effectuer n'importe quel calcul quantique souhaité », a déclaré Ruben Verresen, professeur adjoint de génie moléculaire à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago et coauteur de l'étude. Cette citation provient de l'article de ScienceDaily consacré à l'étude.

Les travaux ont réuni des chercheurs de l'UChicago PME, de Harvard, de l'université Stony Brook et de Quantinuum. L'équipe est passée à un groupe de symétrie appelé S3, les rotations et les retournements en miroir qui laissent un triangle équilatéral inchangé, et a créé les anyons correspondants sur le processeur à ions piégés H2 de Quantinuum.

Pourquoi la fusion compte, et pas seulement le tressage

Il y a deux ans, une équipe incluant Verresen avait utilisé un ordinateur à ions piégés de Quantinuum pour créer des anyons liés à un autre groupe de symétrie, D4, qui décrit les rotations et les réflexions laissant un carré inchangé. Cette expérience de 2024 montrait que les particules pouvaient être créées et manipulées. Elle ne montrait pas que le tressage seul suffisait à exécuter toutes les opérations dont une machine universelle a besoin.

« Dans ce travail, nous n'avons pas démontré que ces forces émergentes suffisaient à faire du calcul quantique », a dit Verresen. « Cet univers particulier que nous avions créé n'était pas assez puissant. »

La nouvelle expérience combine le tressage et la fusion, le processus qui consiste à réunir des anyons, pour couvrir toute la gamme des opérations. C'est l'écart technique que l'étude affirme combler. ScienceDaily décrit l'approche comme potentiellement plus efficace que la voie standard, qui repose sur des états magiques produits par distillation, une étape de purification qui peut consommer une grande partie des qubits d'une machine.

« Les codes non abéliens sont un outsider dans la course à la correction d'erreurs quantiques », a déclaré Henrik Dreyer, directeur général et responsable scientifique du bureau munichois de Quantinuum et coauteur de l'étude.

La déclaration de Dreyer, également rapportée par ScienceDaily, va plus loin : le travail montre, selon lui, que des calculs tolérants aux fautes peuvent en principe se faire sans distillation ni cultivation d'états magiques, décrites comme les opérations les plus coûteuses des codes standard de correction d'erreurs quantiques. ScienceDaily a publié son article le 27 septembre.

Le DOE veut une utilité scientifique pour 2028

Le même week-end a apporté un document politique assorti d'une échéance. Le Fermilab a annoncé le 27 septembre que le département de l'Énergie avait publié une feuille de route nationale pour l'informatique quantique, rédigée par un sous-comité du comité consultatif de l'Office of Science et présidée par Anna Grassellino, directrice de la technologie du Fermilab, avec le professeur de l'université de Chicago Supratik Guha comme vice-président.

Le rapport, intitulé « SCAC Quantum Committee Report: Path to an Integrated Quantum Future », s'organise en trois phases. La phase I court de 2026 à 2028 et fixe des défis compétitifs et multidisciplinaires associant laboratoires nationaux, universités et industrie. La phase II prévoit un DOE Quantum Computing User Facility, que le rapport décrit comme un instrument scientifique ouvert et non comme un service cloud commercial. La phase III, à partir de 2030, envisage des coprocesseurs quantiques, des simulateurs et des capteurs intégrés aux réseaux d'IA et de calcul haute performance du DOE.

L'objectif affiché n'est pas le plus grand ordinateur quantique, mais des problèmes autrement insolubles : prédire les propriétés de molécules pour la découverte de médicaments, concevoir des catalyseurs, simuler des matériaux utiles à la fusion et modéliser la physique de l'univers primordial. L'annonce du Fermilab indique que la feuille de route vise à démontrer un ordinateur quantique corrigé des erreurs et scientifiquement pertinent d'ici 2028.

Le matériel et la modélisation continuent d'avancer en dessous

IBM a rapporté le 19 août avoir assemblé et refroidi deux modules cryogéniques dans un même environnement, une étape vers la connexion de centaines de puces quantiques. Selon le communiqué d'IBM, les deux modules mesurent plus de 8 pieds de haut et 8 pieds de large, descendent à 4 kelvins en moins de cinq jours et passent sous 15 millikelvins peu après. IBM affirme que la conception offre jusqu'à 12 fois plus d'espace de câblage que ses systèmes quantiques les plus utilisés, et répète un objectif de feuille de route : une machine tolérante aux fautes, IBM Quantum Starling, en 2029.

« La connexion et le fonctionnement réussis de ces modules cryogéniques marquent un bond dans cette direction », a déclaré Jay Gambetta, directeur d'IBM Research et IBM Fellow, dans le communiqué. IBM indique qu'il installera des processeurs Nighthawk dans les modules plus tard cette année.

Plus loin des gros titres, un article sponsorisé publié sur SemiEngineering le 24 septembre décrit un autre goulot d'étranglement : l'électronique de contrôle et de lecture placée à côté des wafers de qubits à des températures cryogéniques. Cet article, signé Keysight, cite un taux de croissance annuel composé de 41,8 % pour le marché de l'informatique quantique de 2025 à 2030, attribué à MarketsandMarkets, et décrit une approche hybride : ajuster un modèle compact BSIM-BULK à température ambiante, puis utiliser des réseaux de neurones pour apprendre le comportement résiduel à 4 kelvins que le modèle physique ne capte pas.

Ce sont des problèmes d'ingénierie, pas des annonces. Ils décideront si tout ce qui précède arrive dans les délais.

Le dossier ne dit pas quand l'étude parue dans Nature a été mise en ligne, seulement que ScienceDaily en a parlé le 27 septembre. Il ne donne pas non plus de taux d'erreur pour la démonstration à 54 qubits, si bien que la distance pratique entre un jeu de portes universel sur H2 et une machine utile reste ici non quantifiée. L'objectif 2028 de la feuille de route du DOE est un jalon vers l'utilité scientifique, pas l'affirmation qu'une telle machine existe aujourd'hui.