Harvard & QuEra : 48 qubits logiques avec des circuits logiques complexes à détection d'erreurs

L'équipe de recherche Lukin de l'Université Harvard a démontré 48 qubits logiques simultanés en utilisant jusqu'à 280 atomes neutres ⁸⁷Rb, intégrant la mise à l'échelle du code de surface, les algorithmes tolérants aux pannes et les circuits complexes non-Clifford dans une seule architecture — la première démonstration du calcul quantique à correction d'erreurs précoce.

En décembre 2023, le groupe du professeur Mikhail Lukin de l'Université Harvard a publié dans Nature des résultats marquants démontrant un processeur de qubits logiques à atomes neutres reconfigurables. Cette collaboration a impliqué des chercheurs de Harvard, MIT, Caltech et NIST/Université du Maryland, QuEra Computing ayant un intérêt financier.

En utilisant un réseau d'atomes neutres reconfigurables basé sur AOD avec une architecture zonée (trois zones : stockage, intrication et lecture), l'équipe a activé simultanément 48 qubits logiques via 16 blocs de code [[8,3,2]] (128 qubits physiques). Ils ont exécuté un circuit d'échantillonnage de connectivité hypercube 4D contenant 228 portes logiques à deux qubits et 48 portes logiques CCZ. Séparément, 40 qubits logiques ont également été implémentés en utilisant des codes de couleur 2D ([[7,1,3]]) avec 280 qubits physiques.

Trois réalisations clés ont été démontrées :

Fonctionnement sous le seuil : Pour des codes de surface aux distances d=3 à d=7, les taux d'erreur logique de Bell via des portes CNOT transversales ont été observés en diminution avec l'augmentation de la distance de code, confirmant le fonctionnement sous le seuil.
Préparation d'état tolérante aux pannes : Une fidélité d'initialisation de 99,91% pour l'état qubit logique |0_L⟩ a été atteinte — dépassant la fidélité de porte qubit physique (99,5%). Une fidélité d'état GHZ à 4 qubits logiques de 99,85% a été enregistrée.
Portes universelles non-Clifford : Les portes CCZ ont été implémentées transversalement en utilisant des rotations physiques T·S dans le code [[8,3,2]], réalisant des portes universelles non-Clifford. Avec la détection d'erreurs appliquée, le score XEB s'est amélioré d'environ 10× par rapport à des implémentations de qubits physiques à échelle comparable.

Ces résultats représentent la première démonstration du calcul quantique à correction d'erreurs précoce (Early ECQC) : en co-concevant codes correcteurs d'erreurs et algorithmes quantiques, il est démontré que le codage logique peut substantiellement améliorer les performances des algorithmes — une étape clé vers le calcul quantique tolérant aux pannes et évolutif.