Douze ans après sa création, Google Quantum AI reste fidèle à son objectif initial : concevoir un ordinateur quantique utile pour résoudre des problèmes aujourd’hui insurmontables. Deux annonces récentes renforcent cette ambition. D’un côté, l’intégration de l’équipe de Atlantic Quantum, start-up fondée au MIT, qui apporte une pile de chips modulaire dotée d’une électronique de contrôle supraconductrice intégrée directement dans le “froid” du cryostat, une architecture pensée pour escalader le nombre de qubits sans accroître la complexité du câblage. De l’autre, les résultats de Willow, le dernier circuit intégré quantique de Google, qui montrent une réduction exponentielle des erreurs avec l’augmentation de la taille du système, ainsi qu’une avantage “au-delà du classique” dans le benchmark de échantillonnage de circuits aléatoires (RCS) : une tâche accomplie en moins de cinq minutes alors qu’un supercalculateur mettrait 10^25 ans.

La première initiative —l’arrivée d’une équipe spécialisée dans hardware hautement intégré— se concentre sur le comment atteindre cette escalade. La seconde —une démonstration “en dessous du seuil” de correction d’erreurs— questionne le pourquoi sa difficulté persistait jusqu’à aujourd’hui. Ensemble, elles tracent une voie plus claire vers un ordinateur quantique à grande échelle avec correction d’erreurs que l’industrie poursuit depuis près de trente ans.

Atlantic Quantum : électronique dans le froid pour augmenter l’échelle sans enrageur liaisons

L’intégration d’Atlantic Quantum met en lumière un obstacle bien connu de ceux ayant observé l’intérieur d’un ordinateur quantique : le рад de câbles qui relie le monde à température ambiante au chip de qubits confiné à quelques millikelvins. Leur proposition —déplacer une partie de l’électronique de contrôle au “cold stage” et la combiner de manière modulaire avec les qubits— promet de réduire latences, d’augmenter la densité et de simplifier la montée en puissance. Dans un contexte où chaque dizaine de qubits supplémentaires peut nécessiter des dizaines de lignes de micro-ondes et de commande, approcher l’électronique du cœur du processeur n’est pas un caprice technique, mais une nécessité industrielle.

Google positionne cette intégration comme un acélérateur de sa feuille de route —qui ne prévoit pas seulement plus de qubits, mais des qubits de meilleure qualité et, surtout, des qubits logiques robustes composés de nombreux qubits physiques. L’objectif n’est pas une démonstration isolée, mais un chemin continu vers une correction d’erreur à grande échelle et, avec elle, vers des applications concrètes.

Willow : “en dessous du seuil”, en temps réel et avec un avantage écrasant en RCS

L’annonce de Willow est confirmée par une publication dans Nature ainsi que deux affirmations clés :

1. Correction d’erreurs “en dessous du seuil” (below threshold). Jusqu’à présent, on s’attendait à ce que, en augmentant le nombre de qubits, les erreurs dues à la decohérence et aux interférences augmentent aussi. Avec Willow, Google observe le contraire sur des grilles 3×3, 5×5 et 7×7 de qubits physiques : à chaque étape, la taux d’erreur effective est réduit de moitié. C’est la promesse fondamentale de la correction d’erreur quantique : si la qualité des portes, la lecture et les temps de cohérence dépassent un certain seuil, l’augmentation du code (plus de qubits physiques par qubit logique) réduit exponentiellement l’erreur. Cela, Google le prouve avec Willow, en plus de deux autres jalons : correction en temps réel —indispensable pour que la computation ne “dissipe” pas— et un résultat “au-delà du point d’équilibre” (beyond breakeven), où des matrices protégées vivent plus longtemps que les qubits individuels, témoignant de manière difficilement falsifiable que la correction améliore réellement le système.
2. Avantage “au-delà du classique” dans le benchmark standard.

Dans le RCS, un test conçu pour tester la capacité des ordinateurs classiques à simuler des circuits aléatoires et complexes, Willow a effectué une computation en moins de 5 minutes qui, selon les estimations, nécessiterait 10^25 années pour un superordinateur actuel. Google précise que ces calculs ont été réalisés en tenant compte de scénarios conservateurs (accès idéal à la mémoire secondaire, parallélisme optimiste), et espère que le monde classique progressera — comme après l’annonce de 2019 — ; mais la différence de rapidité et la croissance exponentielle de l’écart démontrent que la concurrence classique ne peut suivre.

Au-delà du slogan, le message est clair : il ne suffit pas de compter les qubits. C’est toute la architecture — l’ingénierie, la fabrication, la calibration, les portes de un et deux qubits, le reset, la lecture — qui doit fonctionner de concert. Willow, fabriqué à Santa Barbara, doté de 105 qubits, d’un T1 (temps de relaxation) proche de 100 microsecondes —quintuple par rapport à la génération précédente—, ainsi que d’améliorations sur les portes et la lecture, offre des résultats algorithmique solides (correction, RCS) qui sont la seule véritable évaluation du rendement systémique.

Qualité avant quantité : pourquoi le “seuil” de Shor est crucial

La correction d’erreur quantique n’est pas une simple option, mais le moteur essentiel pour faire passer les prototypes bruités à une informatique utile. La théorie — formulée par Peter Shor en 1995 — consiste à regrouper de nombreux qubits physiques dans un qubit logique et à détécter/ corriger les erreurs sans “regarder” directement l’état quantique. Mais cela ne fonctionne que si le matériel dépasse un seuil critique : en dessous, ajouter de la protection aggrave la situation ; au-dessus, en revanche, cela réduit exponentiellement les erreurs.

Le “below threshold” montré par Willow signifie, en termes simples, que ajouter plus de qubits a permis d’améliorer la fidélité du qubit logique, et que cette amélioration s’est maintenue en passant de 3×3 à 5×5 puis à 7×7. Avec la correction en temps réel et le dépassement du point d’équilibre, cette avancée montre que l’on peut, en pratique, construire des qubits logiques évolutifs en technologie supraconductrice.

Et après ? De la performance au problème concret

Google admet que l’étape suivante n’est pas simplement d’augmenter la taille des RCS, mais de combiner deux axes jusque-là séparés : démontrer une capacité de calcul “au-delà du classique” tout en étant pertinente pour le monde réel. Jusqu’à présent, les progrès ont suivi deux voies :

• RCS : un benchmark très difficile pour les ordinateurs classiques, sans application concrète immédiate.
• Simulations quantiques : précieuses en recherche, mais encore réalisables avec les supercalculateurs.

Willow ambitionne de fusionner ces deux univers : des algorithmes qui ne pourront plus être mimés par des machines classiques et qui seront pertinents pour des domaines comme la chimie, les matériaux, l’optimisation, l’énergie ou, à moyen terme, l’IA. La division souligne que Quantum AI porte ce nom pour une raison : l’IA avancée profitera de la puissance du calcul quantique, autant pour générer des données hors de portée classique, que pour entraîner et optimiser des architectures sophistiquées ou modéliser des systèmes où la mécanique quantique devient la dynamique même du problème.

Dans une perspective éducative et communautaire, Google invite chercheurs et développeurs à explorer ses ressources ouvertes — notamment un cours Coursera sur la correction d’erreurs — et à participer à la création d’algorithmes exploitant ces sauts en échelle.

Un laboratoire avec sa propre usine

Un point moins visible — mais essentiel — de l’annonce concerne l’usine. Willow a été développé dans une installation conçue de zéro à Santa Barbara, consacrée uniquement à la fabrication de matériel quantique, une capacité que peu de groupes dans le monde possèdent. La leçon implicite : la ingénierie des systèmes fait toute la différence entre des chips performants isolément et des processeurs qui gardent leur stabilité en mode complet. En quantique, chaque point fort (portes à deux qubits, lecture, temps T1/T2) peut se dégrader si co-intégré; optimiser l’ensemble est donc la véritable tâche.

Détails clés : du qubit logique à la porte logique

Selon la feuille de route de Google, le défi numéro quatre est de créer une porte logique entre qubits logiques avec basse erreur. Ce n’est pas suffisant de maintenir un qubit logique stable ; il faut aussi en controler l’évolution pour exécuter des portes universelles avec une fidélité suffisante. C’est cette étape qui peut débloquer la première application avec correction d’erreurs. Willow, sans y parvenir encore, rapproche cette étape de réalisation et, avec l’arrivée d’Atlantic Quantum, la pile de contrôle et la modularité prennent de l’importance dans la conception.

Un pied dans le laboratoire et un autre dans l’industrie

Google insiste sur le fait qu’il investit dans l’avenir de l’informatique quantique avec une vision d’impact sociétal. Les exemples évoqués sont classiques : médicaments découverts grâce à des modèles intégrant de véritables interactions quantiques, batteries optimisées à partir des premiers principes, matériaux pour la et les énergies alternatives. La question restante — quand cela deviendra pratique et commercialement pertinent — reste ouverte. Mais, les deux avancées de ces dernières semaines —hardware qui réduit les erreurs en montant en échelle et architectures rapprochant contrôle et qubits— indiquent que le chemin n’est plus une simple promesse.