Anyons non abéliens : un jeu de portes universel, le DOE vise 2028

L'informatique quantique universelle est restée jusqu'ici le domaine des qubits ordinaires, qui stockent l'information dans deux états et leurs superpositions. Les anyons non abéliens sont différents. Ils n'existent pas comme particules autonomes dans la nature. Les scientifiques les créent à l'intérieur de circuits en intriquant de nombreux qubits conventionnels dans un état collectif qui obéit à ses propres règles.

« Nous avons démontré un jeu de portes universel : 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 », a déclaré Ruben Verresen, professeur assistant 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 au papier.

Les travaux ont réuni des chercheurs de l'UChicago PME, de Harvard, de l'Université Stony Brook et de Quantinuum. L'équipe a basculé sur un groupe de symétrie appelé S3, correspondant aux rotations et aux réflexions qui laissent un triangle équilatéral inchangé, puis a créé les anyons associés sur le processeur à ions piégés H2 de Quantinuum.

Pourquoi la fusion compte, 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 a montré que les particules pouvaient être créées et manipulées. Elle n'a pas démontré que le tressage seul suffisait à exécuter toutes les opérations requises par une machine universelle.

« Dans ce travail, nous n'avions pas démontré que ces forces émergentes suffisaient à réaliser des calculs quantiques, 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 de fusion des anyons, pour couvrir l'ensemble des opérations. C'est la lacune technique que le papier prétend 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 pouvant 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 de Quantinuum à Munich et coauteur de l'étude.

La déclaration de Dreyer, également reprise par ScienceDaily, va plus loin : selon lui, le travail montre que des calculs tolérants aux fautes peuvent en principe être réalisés sans distillation ni culture d'états magiques, considérés comme les opérations les plus coûteuses des codes standards de correction d'erreurs quantiques. ScienceDaily a publié son compte rendu le 27 septembre.

Le DOE veut une utilité scientifique d'ici 2028

Le même week-end a vu la publication d'un document politique avec une échéance. Fermilab a annoncé le 27 septembre que le Department of Energy avait publié une feuille de route nationale pour l'informatique quantique. Le texte a été rédigé par un sous-comité de l'Office of Science Advisory Committee, présidé par Anna Grassellino, directrice de la technologie de Fermilab, avec le professeur Supratik Guha de l'Université de Chicago comme vice-président.

Le rapport, intitulé « SCAC Quantum Committee Report: Path to an Integrated Quantum Future », expose 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 une DOE Quantum Computing User Facility, que le rapport décrit comme un instrument scientifique ouvert plutôt qu'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 annoncé n'est pas le plus grand ordinateur quantique, mais des problèmes autrement insolubles : prédire les propriétés moléculaires 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 de Fermilab indique que la feuille de route vise à démontrer, d'ici 2028, un ordinateur quantique corrigé des erreurs et scientifiquement pertinent.

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 seul environnement, une étape vers la liaison 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 Kelvin en moins de cinq jours et passent sous les 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 en avant 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 qui se trouve à côté des galettes de qubits à des températures cryogéniques. L'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. Il 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 Kelvin que le modèle fondé sur la physique ne peut pas capturer.

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

Le dossier ne précise pas quand l'article de Nature est paru 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 non quantifiée ici. L'objectif de 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.