Comment vérifier la fiabilité d’un ordinateur quantique avant son déploiement ?

À mesure que les ordinateurs quantiques progressent, une question revient de plus en plus souvent : peut-on vraiment faire confiance à leurs résultats ? Pour y répondre, encore faut-il s'assurer que les composants au cœur de ces machines fonctionnent exactement comme prévu.

C'est la raison pour laquelle des chercheurs ont développé une nouvelle méthode permettant de certifier les composants essentiels des ordinateurs quantiques avant leur déploiement.

Une empreinte statistique pour vérifier les portes quantiques

Leur approche repose sur une « empreinte » statistique unique laissée par chaque opération quantique. Elle est capable de révéler si une porte quantique, un composant qui manipule les informations quantiques, fonctionne correctement, sans qu'il soit nécessaire d'inspecter directement l'architecture interne de la machine.

Comme l'explique Shubhayan Sarkar, auteur principal de l'étude, « puisque tout ordinateur quantique reposera sur des puces quantiques constituées essentiellement de portes unitaires, l'auto-vérification de ces portes revient à certifier les briques mêmes de l'ordinateur quantique. »

Concrètement, les chercheurs ont conçu un réseau quantique organisé autour d'un nœud central relié à plusieurs nœuds périphériques. Ils commencent par vérifier le fonctionnement des différentes connexions quantiques grâce à des tests mathématiques appelés inégalités de Bell, permettant d'évaluer la porte quantique elle-même.

Une signature unique pour identifier chaque porte quantique

Ensuite, les données recueillies au cours d'une seule expérience permettent de certifier l'ensemble du système quantique. Deux versions de cette méthode ont d'ailleurs été développées. L'une est plus simple à intégrer tandis que l'autre est entièrement indépendante du matériel utilisé.

Les chercheurs ont démontré que chaque opération quantique produit un ensemble de corrélations qui lui est propre, ce qu'ils qualifient d'empreinte statistique. Il suffit donc d'analyser cette signature pour vérifier le bon fonctionnement d'une porte quantique.

Vers des ordinateurs quantiques plus fiables

Une telle méthode pourrait notamment permettre aux entreprises et aux pays qui importent des processeurs quantiques de vérifier eux-mêmes que le matériel reçu fonctionne correctement. Cela pourrait aussi contribuer à renforcer la transparence et la confiance dans les futures technologies quantiques.

Pour le moment, ces travaux restent néanmoins à l'état de concept. La nouvelle méthode devra être testée sur des processeurs quantiques réels et devra démontrer qu'elle reste fiable dans les conditions expérimentales les plus complexes.

Source : Physical Review Letters