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

L'équipe a intriqué 54 qubits sur le processeur à ions piégés H2 de Quantinuum. Elle y a construit 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 un jeu de portes dit 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.

Cette affirmation compte parce que la correction d'erreurs quantiques 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 à usage général a besoin. Les ingénieurs comblent l'écart avec des états magiques, qu'il faut distiller à un coût élevé en qubits et en temps.

Les anyons non abéliens empruntent 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 quantiques. 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 cultivation d'états magiques, qui sont les opérations les plus coûteuses des codes correcteurs d'erreurs quantiques standard. »

La nouvelle expérience fait suite à des travaux de 2024 menés par certains de ces 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 mené par le sous-comité quantique du comité consultatif de l'Office of Science. Il est présidé par la directrice technologique de Fermilab Anna Grassellino, avec le professeur de l'Université de Chicago Supratik Guha comme vice-président. Le rapport trace une voie jalonnée d'étapes 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 court 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 quantiques, des simulateurs et des capteurs 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 rupture de corde. Ce processus est lié à la formation de particules et d'antiparticules dans les conditions extrêmes qui ont suivi le Big Bang. Les travaux ont été publiés le 23 septembre dans Nature Physics et annoncés 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 incluait 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 aussi du côté de l'ingénierie. IBM a déclaré le 19 août avoir assemblé et refroidi deux systèmes cryogéniques modulaires dans un seul environnement, descendant sous 15 millikelvin. 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 mérite d'être formulée. Le résultat sur les anyons est une démonstration sur 54 qubits, pas un ordinateur en état de marche, et la simulation de Duke a tourné sur 13 ions.

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