Physique de pointe

Correction quantique des erreurs et décohérence

Étudiez le code de répétition à trois qubits : la mesure de syndrome localise une erreur de bit sans perturber l’état codé ; vérifiez que $p_{fail}=3e^2-2e^3$ passe sous $e$ quand la probabilité d’erreur e est petite. Faites varier le bruit pour voir la décohérence et le seuil de rentabilité du code.

Recherche

Matériel

Trois qubits encodés et table de syndrome virtuelle
Curseur de bruit (probabilité d’erreur e)
Curseurs de paramètre et de paramètre physique du modèle
Affichage de $p_{fail}=3e^2-2e^3$ et fidélité de décodage

Protocole

Voir les erreurs détectées par le syndrome
Gardez le bruit faible : une erreur de bit aléatoire retourne parfois l’un des trois qubits, et le syndrome (désaccord entre paires) révèle la position sans lire la valeur encodée — la superposition est préservée.
Mesurer le taux d’échec du décodage
Augmentez le bruit e et lisez : le code corrige une erreur, mais deux erreurs simultanées trompent le vote majoritaire, d’où $p_{fail}=3e^2-2e^3$ . À e = 1 %, $p_{fail}\approx0{,}03\%$ — ~30 fois mieux qu’un qubit nu.
Trouver le seuil de rentabilité du code
Montez e jusqu’aux dizaines de pour cent : la courbe de fidélité montre qu’au-delà de e > 1/2 le code dégrade plus qu’il ne corrige. Estimez le croisement $p_{fail}=e$ (e = 1/2) et discutez pourquoi les décodeurs pratiques exigent des taux d’erreur sous ~10 % sur des codes de surface plus grands.

Simulation

Histoire de l’expérience

La fragilité des états quantiques — la décohérence — fut analysée par Erich Joos et H. Dieter Zeh au début des années 1970, et beaucoup crurent qu’elle interdisait tout calcul quantique. Peter Shor prouva le contraire en 1995 : neuf qubits peuvent encoder un qubit logique protégé des erreurs de bit et de phase — naissance de la correction quantique des erreurs. Andrew Steane proposa le code CSS à 7 qubits en 1996, puis Kitaev, Bravyi et Freedman–Meyer construisirent les codes topologiques (de surface) à la fin des années 1990 — aujourd’hui l’architecture dominante des machines tolérantes aux fautes chez Google et IBM. En 2023–2024, Google Quantum AI a montré que des codes de surface plus grands abaissent le taux d’erreur logique — premier jalon de la correction « sous le seuil ».

Physiciens associés

Richard Feynman Niels Bohr

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