Anyons universels, feuille de route du DOE et simulation de l'univers primordial : la semaine du quantique

L'équipe a travaillé sur 54 qubits intriqués du processeur à ions piégés H2 de Quantinuum. Elle en a tiré ce qu'elle appelle un jeu de portes universel. Ruben Verresen, professeur assistant à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago et coauteur, a déclaré : « 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 », selon ScienceDaily.

L'affirmation compte parce que la correction d'erreurs quantique impose généralement un compromis. Les qubits logiques protégés résistent au bruit, mais la protection elle-même ne fournit pas toutes les opérations dont une machine universelle a besoin. Les ingénieurs comblent le manque avec des états magiques, qu'il faut distiller à grand coût en qubits et en temps.

Les anyons non abéliens suivent une autre voie. On ne les trouve pas dans la nature comme particules isolées. Les chercheurs intriquent de nombreux qubits ordinaires en un état collectif qui se comporte comme une nouvelle particule dotée de ses propres règles. Déplacer un anyon autour d'un autre, un processus appelé tressage, modifie l'état interne de la paire. L'ordre de ces déplacements porte l'information.

Henrik Dreyer, directeur général et responsable scientifique du bureau munichois de Quantinuum et coauteur, a déclaré : « Les codes non abéliens sont un outsider dans la course à la correction d'erreurs quantique. 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 être réalisés sans recourir à la distillation ou à la cultivation d'états magiques, qui sont les opérations les plus coûteuses des codes de correction d'erreurs quantique standard. »

La nouvelle expérience fait suite à des travaux de 2024 menés par certains des mêmes chercheurs. Ils avaient alors créé des anyons liés au groupe de symétrie D4 sur une machine Quantinuum. Le tressage seul n'y suffisait pas. Verresen a déclaré : « Cet univers particulier que nous avions créé n'était pas assez puissant. » L'équipe est passée à la symétrie S3, les rotations et réflexions qui laissent un triangle équilatéral inchangé.

Washington fixe un objectif pour 2028

La même semaine, le département de l'Énergie des États-Unis a publié une feuille de route nationale pour l'informatique quantique. Fermilab, qui a publié le rapport le 27 septembre, indique que le document est issu d'un effort de tout le domaine. Il a été mené par le Quantum Subcommittee de l'Office of Science Advisory Committee, présidé par Anna Grassellino, directrice de la technologie de Fermilab, avec le professeur de l'université de Chicago Supratik Guha comme vice-président. Le rapport trace un parcours jalonné vers la démonstration de l'utilité scientifique de l'informatique quantique. Il prévoit aussi l'intégration des systèmes quantiques à l'infrastructure de recherche des laboratoires du DOE, au calcul haute performance et à l'intelligence artificielle.

La feuille de route établit un cadre en trois phases. La phase I va de 2026 à 2028 et met en place des Grand Challenges compétitifs associant laboratoires nationaux, universités et industrie. La phase II prévoit une DOE Quantum Computing User Facility, décrite dans le rapport comme un instrument scientifique ouvert plutôt qu'un service cloud commercial. La phase III, à partir de 2030, imagine des coprocesseurs, simulateurs et capteurs quantiques intégrés aux réseaux HPC et d'IA existants du département. L'objectif annoncé est un ordinateur quantique corrigé des erreurs et scientifiquement pertinent d'ici 2028.

Une machine plus petite, une autre question

Ailleurs, des chercheurs de l'université Duke ont rapporté avoir utilisé un simulateur quantique à 13 ions pour reproduire la cassure de corde. Ce processus est lié à la formation de particules et d'antiparticules dans les conditions extrêmes qui ont suivi le Big Bang. Le travail a été publié le 23 septembre dans Nature Physics et annoncé par ScienceDaily le 26 septembre. Christopher Monroe, qui a dirigé la recherche au Duke Quantum Center, a déclaré : « Les simulations sur ordinateur quantique offrent la meilleure plateforme pour étudier des questions complexes comme la formation de la matière, à défaut d'avoir assisté au Big Bang lui-même. »

La collaboration comprenait l'université du Maryland, Oxford, Caltech, Cornell et la KU Leuven. Les calculs classiques concordaient avec les résultats quantiques à cette échelle, ont indiqué les chercheurs. Ils s'attendent toutefois à ce que les machines quantiques prennent le relais à mesure que les problèmes grandissent. ScienceDaily a signalé deux autres études récemment publiées qui reproduisaient une physique similaire sur un matériel différent, signe que le résultat n'est pas isolé.

Les fabricants de matériel poussent eux aussi sur le versant ingénierie. IBM a annoncé le 19 août avoir assemblé et refroidi deux systèmes cryogéniques modulaires dans un seul environnement, descendant sous 15 millikelvins. Cela s'inscrit dans sa feuille de route vers une machine tolérante aux fautes en 2029. Le rapport a été republié par le réseau de ScienceDaily le 21 septembre. IBM affirme que chaque module offre jusqu'à 12 fois plus d'espace de câblage que ses systèmes quantiques les plus répandus. L'entreprise prévoit d'installer des processeurs Nighthawk dans les modules plus tard cette année.

Une mise en garde s'impose. Le résultat sur les anyons est une démonstration sur 54 qubits, pas un ordinateur fonctionnel, et la simulation de Duke a tourné sur 13 ions.

La feuille de route du DOE présente elle-même 2028 comme un objectif de démonstration de l'utilité scientifique, pas comme une date de livraison. Les articles consacrés à cette feuille de route par Quantum Zeitgeist le 26 septembre et par Fermilab le 27 septembre concordent sur le fond. Aucun ne prétend qu'une machine existe.