Le retard n’est pas génial : un chronométrage imparfait impose des limites significatives aux ordinateurs quantiques

Il est difficile d’imaginer la vie moderne sans horloges pour nous aider à organiser nos horaires quotidiens ; avec une horloge numérique dans le smartphone ou la montre de chaque personne, nous tenons pour acquis un chronométrage précis – même si cela n’empêche pas les gens d’être en retard !

Et pour les ordinateurs quantiques, un timing précis est encore plus essentiel, car ils exploitent le comportement étrange de minuscules particules, telles que les atomes, les électrons et les photons, pour traiter les informations. Bien que cette technologie en soit encore à ses débuts, elle promet d’accélérer considérablement la résolution de problèmes importants, comme la découverte de nouveaux produits pharmaceutiques ou de nouveaux matériaux. Ce potentiel a suscité d’importants investissements dans les secteurs privé et public, comme la création du partenariat universitaire-industriel Trinity Quantum Alliance lancé plus tôt cette année.

Toutefois, à l’heure actuelle, les ordinateurs quantiques sont encore trop petits pour être utiles. L’un des défis majeurs liés à leur développement est l’extrême fragilité des états quantiques utilisés pour coder l’information. Dans le monde macroscopique, cela ne pose pas de problème. Par exemple, vous pouvez parfaitement additionner des nombres à l’aide d’un boulier, dans lequel des billes de bois sont poussées d’avant en arrière pour représenter des opérations arithmétiques. Les perles en bois ont des états très stables : chacune se trouve à un endroit spécifique et restera en place à moins qu’elle ne soit intentionnellement déplacée. Il est important de noter que le fait que vous déplaciez la perle rapidement ou lentement n’affecte pas le résultat.

Mais en physique quantique, c’est plus compliqué.

“Mathématiquement parlant, le changement d’état quantique dans un ordinateur quantique correspond à une rotation dans un espace abstrait de grande dimension”, explique Jake Xuereb de l’Institut atomique de l’Université de technologie de Vienne, premier auteur de l’article. “Afin d’atteindre l’état souhaité, la rotation doit être appliquée pendant une période de temps très spécifique – sinon vous faites tourner l’état soit trop peu, soit trop loin.”

Étant donné que les horloges réelles ne sont jamais parfaites, l’équipe a étudié l’impact d’un timing imparfait sur les algorithmes quantiques.

“Un algorithme quantique est comme une application qui s’exécute sur un ordinateur quantique”, explique le Dr Mitchison de Trinity. “On savait déjà que les erreurs de synchronisation pouvaient perturber les portes logiques quantiques individuelles, qui sont les éléments constitutifs des algorithmes quantiques. Nos travaux étendent cela aux algorithmes quantiques complets, montrant exactement la précision de l’horloge pour atteindre une précision de calcul donnée.”

Étant donné que l’erreur s’aggrave pour les algorithmes plus complexes, elle constituera finalement un défi pour les ordinateurs quantiques.

“Ce n’est pas un problème pour le moment”, précise le professeur Marcus Huber, qui dirige l’équipe de recherche à Vienne. “Actuellement, la précision des ordinateurs quantiques est encore limitée par d’autres facteurs, par exemple la précision des composants matériels ou l’effet des champs électromagnétiques parasites. Mais nos calculs montrent également qu’aujourd’hui nous ne sommes pas loin du régime dans lequel les limites fondamentales de la mesure du temps jouera un rôle décisif.”

L’équipe s’empresse de souligner que le message n’est pas entièrement pessimiste, car le problème pourrait être atténué à l’avenir en concevant des protocoles intelligents de correction d’erreurs.

Le consortium ASPECTS est financé par le Quantum Flagship de l’Union européenne, tandis que le Dr Mitchison est soutenu par une bourse de recherche de l’Université Royal Society-Science Foundation d’Irlande.