Google Quantum AI a annoncé jeudi qu'une technique appelée culture d'états magiques (magic state cultivation) a réduit les erreurs d'environ 40 fois sur sa puce Willow, produisant des états magiques avec une fidélité record de 99,99 %. L'entreprise affirme avoir transformé l'une des astuces les plus prometteuses de l'informatique quantique sur le papier en quelque chose qui fonctionne réellement sur une puce, avec des résultats publiés dans Science jeudi.

Les états magiques sont des ressources à usage unique nécessaires à l'exécution de programmes quantiques utiles, et Google indique que certaines estimations placent leur coût de production à jusqu'à 95 % de la capacité d'un ordinateur quantique.

Rendre les ordinateurs quantiques moins chers à construire a des implications bien au-delà des laboratoires de physique. Cela rapproche le jour où ces machines pourront faire des travaux utiles, comme concevoir des médicaments et de nouveaux matériaux — et, tout autant, le jour où l'on pourrait casser le chiffrement qui protège les connexions bancaires et les portefeuilles Bitcoin.

Pourquoi les états magiques sont importants

Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits — des bits quantiques capables de contenir simultanément un mélange de 0 et de 1, ce qui leur permet d'explorer de nombreuses réponses en parallèle. Ils sont aussi absurdement fragiles : un peu de chaleur ou de bruit électrique peut retourner un qubit et ruiner un calcul, c'est pourquoi toute l'industrie est obsédée par la correction d'erreurs, qui répartit une information sur de nombreux qubits afin que les erreurs puissent être détectées et corrigées. La puce Willow de Google, dévoilée en décembre 2024, a démontré ce principe sur du matériel réel : à mesure que le code correcteur d'erreurs s'agrandit, le taux d'erreurs baisse plutôt que d'augmenter.

La correction d'erreurs gère bien les opérations simples, mais un programme réellement utile nécessite également une classe d'opérations plus difficiles qui ne peuvent pas être protégées de la même manière. Pour les exécuter, la machine doit d'abord fabriquer des états magiques, qui fonctionnent comme des piles à combustible à usage unique pour ces opérations : chacun est consommé dès qu'il est utilisé.

Produire des états magiques propres a toujours été extrêmement coûteux. Selon Google, certaines estimations chiffrent cette dépense à jusqu'à 95 % de la capacité totale d'un ordinateur quantique, laissant très peu de place au calcul proprement dit.

De la distillation à la culture

Les physiciens Sergei Bravyi et Alexei Kitaev ont décrit la solution standard en 2004 avec la distillation d'états magiques, qui prend de nombreux états magiques bruités et les réduit à quelques-uns propres. Cela fonctionne, mais cela exige d'immenses « usines » à qubits qui ne font rien d'autre.

En 2024, les chercheurs de Google ont proposé une voie moins coûteuse qu'ils ont nommée culture d'états magiques. Plutôt qu'une usine, la technique se comporte comme un filtre : un état magique brut est injecté dans une minuscule zone de la puce, une chaîne de vérifications est exécutée, chaque tentative présentant un défaut détecté est écartée, et les survivants continuent de croître. Leur article allait jusqu'à suggérer qu'une distillation supplémentaire « pourrait ne jamais être nécessaire en pratique ».

« Sur le processeur Willow de Google Quantum AI, notre protocole a obtenu une réduction extraordinaire des erreurs de 40 fois par rapport aux états non cultivés. Et nous avons obtenu des T-ét avec une fidélité logique record de 99,99 % », a déclaré Google dans son annonce. Les T-états sont le type spécifique d'état magique consommé pour appliquer la porte T, l'une des opérations plus difficiles que la correction d'erreurs ne peut pas protéger seule.

Seulement environ 8 % des tentatives ont passé toutes les vérifications, ce qui signifie que la puce écarte plus de neuf essais sur dix pour conserver un seul état propre.

Enjeux cryptographiques

La culture est l'une des astuces derrière l'estimation de Gidney en 2025 selon laquelle le chiffrement RSA-2048 pourrait être cassé avec moins d'un million de qubits bruités, une baisse de 20 fois par rapport aux 20 millions qu'il estimait en 2019.

Google a encore serré la vis en mars, lorsqu'un livre blanc de Quantum AI, co-écrit avec le chercheur de l'Ethereum Foundation Justin Drake et le cryptographe de Stanford Dan Boneh, a évalué le coût pour casser la cryptographie à courbes elliptiques de Bitcoin — les mathématiques qui empêchent quiconque de dériver une clé privée à partir d'une adresse publique — à moins de 500 000 qubits physiques. Cela faisait suite à l'expérience Quantum Echoes de l'entreprise en octobre dernier, le premier accélération quantique vérifiée sur du matériel réel.

La défense avance selon son propre calendrier : le NIST a finalisé ses premières normes de cryptographie post-quantique en août 2024 — des algorithmes conçus pour résister aux attaques de grandes machines quantiques futures — et a proposé d'interdire les schémas à clé publique vulnérables au quantique, tels que RSA et la cryptographie à courbes elliptiques, dans les systèmes fédéraux après 2035.

Toujours loin de casser les codes

Personne ne vide de portefeuilles avec cela. L'expérience a utilisé au maximum 54 des 105 qubits de Willow, et l'article note que factoriser une clé RSA-2048 nécessiterait des états magiques avec des erreurs d'environ une sur 10 milliards — soit environ un million de fois plus propres que ce que Google vient d'atteindre.

Et maintenant

Google indique que la prochaine étape est l'exécution de la culture à plus grande échelle. L'équipe projette que diviser par deux le bruit matériel sous-jacent de Willow ferait baisser les erreurs des états magiques à environ deux sur 100 000, car les erreurs du processus diminuent avec le cube du niveau de bruit de la puce. Le taux de réussite d'environ 8 % est l'autre chiffre à surveiller : plus de tentatives passent toutes les vérifications, et moins la capacité de la machine est consacrée aux essais finalement jetés.