Le grand pas de Microsoft vers l'informatique quantique tolérante aux pannes avec Azure Quantum

L'informatique quantique, avec sa promesse de résoudre des problèmes complexes avec lesquels les ordinateurs classiques sont aux prises, a fait l'objet d'intenses recherches et développements. Microsoft, un acteur clé dans le domaine de l'informatique quantique, fait des progrès significatifs vers la mise en place d'une informatique quantique tolérante aux pannes à grande échelle grâce à sa plateforme Azure Quantum. Cet article examine de plus près ces développements, expliquant leur importance et envisageant la manière dont ils pourraient façonner l’avenir de l’informatique.

Le quantique à grande échelle : une nécessité

Dans le but d'utiliser l'informatique quantique pour résoudre certains des plus grands défis tels que le changement climatique et les avancées médicales, les experts estiment que nous aurions besoin d’ordinateurs quantiques alimentés par au moins un million de qubits. Un qubit, abréviation de quantum bit, est l’unité d’information fondamentale en informatique quantique. Contrairement aux bits classiques qui ne peuvent exister que dans l’un des deux états suivants, 0 ou 1, à un instant donné, les qubits peuvent exister dans une superposition d’états. Cela signifie qu’un qubit peut être dans un état représentant simultanément 0 et 1. De plus, les qubits peuvent être intriqués les uns aux autres, l’état d’un qubit dépendant de l’état d’un autre qubit. Cela permet aux qubits de coder des informations complexes et des capacités de traitement parallèle qui dépassent l’informatique classique. Cependant, les qubits doivent être à la fois stables et contrôlables pour effectuer efficacement ces calculs complexes.

Atteindre une telle échelle – développer un ordinateur quantique doté d’un million de qubits – constitue un énorme défi. Actuellement, la gestion ne serait-ce que de quelques qubits nécessite une technologie sophistiquée et un contrôle précis. Passer à un million de qubits multiplie ces défis en termes de maintien de la stabilité des qubits et de garantie d'opérations sans erreur à une si grande échelle.

Le défi de la sensibilité de Qubit

Un de défis clés En informatique quantique, la sensibilité des qubits aux erreurs est un facteur déterminant. Même des changements environnementaux mineurs peuvent entraîner des erreurs qui impactent considérablement la fiabilité des ordinateurs quantiques pour des applications pratiques. De plus, même de petites erreurs peuvent avoir un impact important sur les processus en informatique quantique. Par exemple, bien qu'un taux de fidélité de 99.9 % semble raisonnable, ce qui signifie que les erreurs ne se produisent qu'une fois toutes les 1,000 XNUMX opérations, ce taux est assez élevé en informatique quantique, où les opérations s'étendent sur des millions de qubits pour résoudre des problèmes complexes. Cela peut entraîner de nombreuses erreurs qui s'accumulent, rendant les résultats moins fiables.

Pour que les ordinateurs quantiques fonctionnent de manière efficace et fiable, ils doivent effectuer ces opérations avec une extrême précision sur de longues périodes. Cette exigence devient encore plus imposante à mesure que le système se développe pour gérer plus efficacement des calculs complexes.

Correction d'erreurs à l'aide de qubits logiques

Améliorer la robustesse contre les erreurs est essentiel pour améliorer la fiabilité et l’évolutivité de l’informatique quantique. Les chercheurs développent activement des stratégies de détection et de correction des erreurs, tant au niveau physique et logique niveaux de qubits. Tout en augmentant simplement la fidélité des qubits physiques ne peut pas résoudre pleinement le problème, l'utilisation de qubits logiques offre une voie à suivre prometteuse.

Les qubits logiques fonctionnent comme codes de répétition dans l'informatique classique, où les informations sont dupliquées sur plusieurs bits pour se protéger contre les erreurs. Cependant, en raison du théorème de non-clonage en physique, la réplication directe des qubits n'est pas possible. Au lieu de cela, la correction des erreurs quantiques répartit l’état d’un qubit logique sur plusieurs qubits physiques. Cette redondance permet la détection et la correction des erreurs dans les qubits physiques individuels, en maintenant l'intégrité des informations quantiques et en réduisant considérablement le taux d'erreur. En formant un seul qubit logique à partir de plusieurs qubits physiques, cette méthode introduit la tolérance aux pannes. Même si certains qubits physiques présentent des erreurs, l’état du qubit logique reste intact, déterminé par les qubits physiques inchangés. Cela améliore considérablement la stabilité et la fiabilité des ordinateurs quantiques, leur permettant de gérer des calculs plus complexes et plus longs. Toutefois, cela nécessite un système bien pensé, doté d’un matériel et de logiciels soigneusement conçus pour gérer efficacement les erreurs.

Microsoft et Quantinuum : une avancée majeure en matière de réduction des erreurs

Dans une récente collaboration, Microsoft et Quantinuum abordé avec succès le défi de longue date que représente la vulnérabilité des qubits aux erreurs. Ils y sont parvenus en intégrant Le système matériel de Quantinuum avec La virtualisation qubit de Microsoft ou système de qubits logiques, résultant en un système intégré et robuste qui a permis une amélioration impressionnante de 800 fois dans la gestion des erreurs. Cette intégration a permis aux chercheurs de réaliser 14,000 XNUMX instances indépendantes sans rencontrer d'erreurs. Au cœur de cette réalisation est le système de virtualisation de qubits de Microsoft, qui convertit les qubits physiques en qubits logiques et exécute une correction d'erreurs. Grâce à ce système de virtualisation, ils ont pu produire quatre qubits logiques stables à partir de seulement 30 des 32 qubits physiques de Quantinuum, présentant un taux d'erreur de circuit extrêmement faible de 0.00001, soit une erreur pour 100,000 XNUMX opérations.

La compréhension de l'impact de cette évolution devient plus évidente lorsque l'on pense à réduire le taux d'erreur de 800 fois, ce qui équivaut à améliorer un signal de 29 dB, similaire à l'expérience de l'utilisation d'un casque antibruit de haute qualité. Considérez le bruit de fond d’un avion comme le bruit ambiant des qubits physiques. Tout comme le casque supprime le bruit pour une meilleure écoute de la musique, le système de virtualisation des qubits contribue à réduire les erreurs causées par les qubits physiques lors des tâches d'informatique quantique.

L'impact au-delà de la réduction des erreurs

La collaboration entre le matériel de Quantinuum et les systèmes de virtualisation de qubits de Microsoft va au-delà de la simple réduction des erreurs. L'intégration de ces technologies offre aux chercheurs une plateforme stable pour développer et mettre en œuvre des algorithmes quantiques complexes. Ce développement pourrait encourager l'innovation dans des domaines tels que la science des matériaux et la cryptographie, et améliorer l'accessibilité des technologies d'informatique quantique. À mesure que la plateforme gagne en maturité et devient plus accessible, elle pourrait élargir l'accès à l'informatique quantique, permettant ainsi à davantage de scientifiques et d'institutions de se lancer dans la recherche de pointe.

En résumé

La quête de Microsoft pour un calcul quantique tolérant aux pannes via Azure Quantum représente une avancée majeure en matière de capacités de calcul. Si l'accent a été mis jusqu'ici sur la réduction des erreurs, l'intégration du matériel quantique de Quantinuum aux systèmes de virtualisation de qubits de Microsoft ouvre un champ de possibilités allant au-delà de la simple atténuation des erreurs. Cette avancée ne se contente pas d'affiner la gestion des erreurs ; elle établit des bases solides pour l'exploration d'algorithmes quantiques complexes. En comblant le fossé entre le matériel et la virtualisation, Microsoft permet aux chercheurs d'explorer de nouvelles frontières dans des domaines scientifiques tels que la science des matériaux et la cryptographie.