Google teste sa « cultivation » quantique : elle marche, mais loin du RSA-2048

Google Quantum AI affirme avoir démontré sur sa puce Willow que la « magic state cultivation » fonctionne : les erreurs sont réduites d'environ 40 fois par rapport à des états non « cultivés », avec une fidélité logique record de 99,99 %. Les résultats ont été publiés dans la revue Science le jeudi 15 octobre, selon Superintelligence. La méthode, élaborée sur le papier en 2024, passe ainsi à l'expérience, mais à petite échelle.

Un goulot d'étranglement identifié depuis 2004

Pour exécuter des programmes réellement utiles, un ordinateur quantique doit réaliser des opérations dites non-Clifford, protégées contre les erreurs. Il lui faut pour cela des « états magiques », des ressources qui ne servent qu'une fois. Selon Google, certaines estimations réservent jusqu'à 95 % de la capacité d'une machine à leur fabrication, ce qui laisse peu de place au calcul proprement dit.

La solution standard remonte à 2004 : la distillation, proposée par Sergei Bravyi et Alexei Kitaev. Elle consiste à raffiner de nombreux états bruités en quelques états propres, mais exige de vastes « usines » de qubits, rappelle Decrypt.

La cultivation, proposée en 2024 par Craig Gidney, Noah Shutty et Cody Jones, agit comme un filtre. On injecte un état bruité dans une petite zone de la puce, on enchaîne des mesures de contrôle et on écarte toute tentative défectueuse. En théorie, elle permettrait d'exécuter des programmes importants avec un dixième des qubits attendus, indique New Scientist.

Des mois d'enquête sur des données « impossibles »

Le chemin n'a pas été direct. Emma Rosenfeld, chercheuse chez Google, observait au début des données qui semblaient défier les lois de la physique. Elle a fini par les attribuer à une hypothèse erronée de la méthode de mesure habituelle : la dérive des équipements électriques et les variations de température faussaient le test de référence. L'équipe a ajouté un contrôle supplémentaire et inventé un nouveau benchmark, qui utilise la cultivation pour se mesurer elle-même.

Les chercheurs ont aussi greffé un état d'un code couleur de distance 3 vers un code de surface de distance 5. Cela montre que les états purifiés survivent au transfert dans le matériel.

Les spécialistes extérieurs sont plutôt positifs. « Une démonstration impressionnante d'une idée prometteuse récente lancée par Google », estime Isaac Kim, de l'université de Californie à Davis, pour qui l'approche peut rendre l'informatique quantique tolérante aux pannes « substantiellement moins chère » (New Scientist, traduction). Dominik Hangleiter, de l'ETH Zurich, y voit un possible « gamechanger » pour des machines intermédiaires de plusieurs centaines de qubits logiques.

Les limites : 8 % de réussite et une échelle réduite

Plusieurs sources soulignent les restrictions. Seules environ 8 % des tentatives passent tous les contrôles, soit plus de neuf essais sur dix écartés (Decrypt, CoinDesk). La fidélité de 99,99 % ne vaut donc que pour les états retenus. Rosenfeld juge que ce taux devrait augmenter avec l'affinement de la technique et du matériel. Il est aussi pénalisé par un benchmarking très strict, qui ne sera peut-être pas reproduit dans les usages futurs.

L'expérience a mobilisé au plus 54 des 105 qubits de Willow, selon Decrypt. Toujours d'après Superintelligence, Craig Gidney a indiqué sur X que l'étape la plus difficile de sa théorie, le transfert vers un code d'environ 500 qubits, ne tient pas sur la puce actuelle. Zhenyu Cai, de l'Imperial College London, estime qu'il faudra encore réduire les erreurs de Willow avant d'aborder des problèmes réellement utiles.

« C'est la première démonstration que les concepts fonctionnent. Nous n'avons pas fini », résume Emma Rosenfeld (New Scientist, traduction).

Cryptographie : un effet à relativiser

Decrypt et CoinDesk replacent le résultat dans le débat sur la menace quantique pour le chiffrement. La cultivation fait partie des leviers derrière l'estimation de Gidney en 2025 : casser le RSA-2048 avec moins d'un million de qubits bruités, contre 20 millions estimés en 2019. Mais, selon l'article, casser une clé RSA-2048 exigerait des états magiques dont l'erreur avoisine un sur 10 milliards, environ un million de fois plus propres que ceux obtenus ici.

CoinDesk précise que le gain ne rend pas une attaque contre le bitcoin 40 fois moins coûteuse. L'estimation de Google de mars, moins de 500 000 qubits physiques, supposait déjà une production efficace d'états magiques. L'expérience teste une partie de cette approche d'ingénierie. Pour une attaque modélisée d'environ neuf minutes, la machine aurait besoin d'environ 500 000 états magiques suffisamment fiables par seconde.

La suite : exécuter la cultivation à plus grande échelle. Google projette que diviser par deux le bruit matériel de Willow ramènerait l'erreur des états magiques à environ deux sur 100 000, car elle évolue avec le cube du bruit. Les chercheurs citent aussi comme chantiers les opérations en temps réel et le transfert vers des codes correcteurs plus robustes.