Calipia : le blog

Willow divise par 40 les erreurs des états magiques : un verrou de l’ordinateur quantique commence à céder

Dans le monde quantique, le mot « magie » n’a rien d’un argument marketing, même si l’on comprendrait la confusion. Il désigne une ressource très concrète, indispensable et horriblement coûteuse à produire. C’est précisément sur ce point que Google Quantum AI vient de marquer un point significatif. Le 15 octobre 2026, Google a démontré la « culture d’états magiques » (magic state cultivation) sur son processeur Willow existant, avec des erreurs réduites d’environ 40 fois par rapport à des états préparés sans cette méthode, et des états T atteignant une fidélité logique de 99,99 %. Les travaux ont été publiés dans la revue Science.

Pour les DSI qui suivent le sujet d’un œil (le second étant légitimement occupé par Copilot et la sécurité), voici pourquoi cette annonce compte davantage que les records de vitesse habituels.

Un rappel : Willow et la correction d’erreurs

Willow n’est pas un inconnu. Présenté fin 2024, ce processeur supraconducteur de 105 qubits avait déjà fait sensation sur un point bien plus utile que les benchmarks spectaculaires : la correction d’erreurs. Google y avait implémenté un code de surface sur des grilles de 3×3, 5×5 et 7×7, en observant une amélioration d’environ un facteur deux du taux d’erreur logique à chaque agrandissement du code. Autrement dit, pour la première fois, ajouter des qubits réduisait les erreurs au lieu de les multiplier. C’est le fameux fonctionnement « sous le seuil ».

Mais il restait un problème de fond, que les physiciens connaissent depuis une vingtaine d’années.

Pourquoi l’ordinateur quantique a besoin de « magie »

Les codes correcteurs comme le code de surface savent protéger efficacement une famille d’opérations dites de Clifford (les portes Hadamard, CNOT, Phase…). Elles sont relativement « faciles » à réaliser de manière tolérante aux fautes. Le revers de la médaille est cruel : un circuit composé uniquement de portes de Clifford peut être simulé efficacement par un ordinateur classique (c’est le théorème de Gottesman-Knill). Un ordinateur quantique limité à ces portes serait donc un équipement extrêmement coûteux pour faire ce que votre serveur fait déjà.

Pour atteindre le calcul quantique universel, il faut au moins une porte non-Clifford, typiquement la porte T. Or celle-ci ne s’implémente pas directement de façon protégée dans les codes usuels. La solution classique consiste à préparer à part des « états magiques », puis à les consommer par téléportation de porte. L’approche générale consiste à créer des états magiques de très haute fidélité puis à les consommer dans une téléportation de porte ; pour obtenir cette fidélité, une distillation coûteuse est nécessaire, ce qui constitue un goulot d’étranglement majeur pour l’exécution des algorithmes quantiques.

La distillation, c’est un peu l’alambic du quantique : on part de nombreux états médiocres pour en obtenir un excellent, au prix d’une quantité considérable de qubits et de temps. Dans la plupart des estimations de ressources pour des algorithmes utiles, ces « usines à états magiques » occupent une part massive de la machine. C’est donc un poste de coût central dans la conception d’un ordinateur quantique tolérant aux fautes, au même titre que la correction d’erreurs elle-même.

La culture plutôt que la distillation

La méthode de culture a été proposée en 2024 par Craig Gidney avec ses collègues de Google Noah Shutty et Cody Jones, en affinant une idée issue de la littérature antérieure. Le titre de leur article de l’époque était d’ailleurs assez ambitieux : faire pousser des états T aussi bon marché que des portes CNOT.

Le principe : plutôt que de combiner de nombreux états bruités par distillations logiques successives, la culture améliore progressivement la fiabilité d’un seul état |T⟩ encodé, grâce à des vérifications tolérantes aux fautes, à la croissance du code et à la post-sélection. En pratique, si la moindre anomalie est détectée, y compris la mesure d’un mauvais état magique, la tentative est abandonnée et relancée ; si tous les contrôles passent, l’état affiné est transféré dans un code plus grand capable de préserver sa fidélité.

Sur Willow, l’expérience réalise l’injection et la culture dans un code couleur de distance trois, puis « greffe » l’état magique survivant dans un encodage de distance cinq compatible avec le code de surface. Ce dernier point est loin d’être anecdotique : il montre que ces états cultivés peuvent s’intégrer dans l’architecture de correction d’erreurs que Google privilégie. L’expérience principale a mobilisé 54 des 105 qubits de Willow.

Petite touche savoureuse : pour mesurer une fidélité aussi élevée, les outils existants ne suffisaient plus. L’équipe a inventé une nouvelle technique de mesure qui utilise la culture comme outil pour se mesurer elle-même. Une forme d’auto-évaluation que bien des services RH pourraient envier.

Pourquoi c’est important pour la conception d’un ordinateur quantique

Si la culture tient ses promesses à grande échelle, elle peut réduire fortement, voire supprimer, les étages de distillation. Un état magique cultivé dans un seul qubit logique atteint une fidélité bien supérieure aux protocoles d’injection, ce qui peut réduire le nombre de tours de distillation nécessaires, ou même les éliminer complètement. Les conséquences pour l’architecte d’une machine quantique sont directes : moins de qubits physiques consacrés aux usines, une empreinte matérielle plus compacte et des algorithmes qui s’exécutent plus vite. C’est d’ailleurs sur ce type d’hypothèse que reposent les estimations récentes de Google revoyant fortement à la baisse les ressources nécessaires pour casser RSA-2048, ce qui devrait intéresser au plus haut point vos RSSI et leur feuille de route post-quantique…

Les limites, car il y en a

Avant de sabrer le champagne (refroidi à quelques millikelvins, évidemment), quelques réserves s’imposent.

D’abord, le rendement. Seules 8 % des tentatives survivent, et les auteurs reconnaissent que des tests à plus grande échelle restent nécessaires. Cela représente environ 12,5 tentatives par état utilisable. Or, comme le rappellent d’autres chercheurs, dans une architecture tolérante aux fautes alimentée par des usines à états magiques, la ressource pertinente n’est pas la fidélité seule, mais le débit auquel on peut produire des états à la fidélité requise. Une usine qui jette 92 % de sa production a encore des progrès à faire en matière de lean management.

Ensuite, la portée réelle du chiffre. L’amélioration d’un facteur 40 porte sur les erreurs de préparation des états, et non sur le coût ou la performance d’un ordinateur quantique complet. Elle ne signifie pas non plus qu’une attaque cryptographique demanderait soudain 40 fois moins de matériel ou de temps.

Enfin, la physique se montre toujours un peu moins docile que les simulations. The Quantum Insider rapporte que les états stockés se dégradaient plus vite que prévu, avec un taux d’erreur environ sept fois supérieur aux simulations. Et pour garder les ordres de grandeur en tête : Willow produit aujourd’hui des qubits logiques autour de 10⁻³ d’erreur, alors que la prochaine étape de la feuille de route de Google vise un taux d’erreur logique de 10⁻⁶.

Ce qu’il faut retenir

Cette démonstration n’apporte pas d’application quantique utile demain matin. Elle valide en revanche, sur du vrai matériel, une brique architecturale qui conditionne le coût de toute machine tolérante aux fautes. Après la correction d’erreurs sous le seuil en 2024, Google montre que l’autre pilier, la production d’états magiques de qualité, peut lui aussi progresser. La route reste longue, mais les ingénieurs ont désormais une carte un peu plus précise, et nettement moins de raisons de croire à la sorcellerie.

Pour aller plus loin : le Briefing Calipia

Ces avancées s’inscrivent dans un paysage qui évolue très vite : multiplication des approches matérielles (supraconducteurs, ions piégés, atomes neutres, photonique, qubits topologiques), feuilles de route ambitieuses chez Google, IBM, Microsoft, Quantinuum et d’autres, et urgence croissante de la migration vers la cryptographie post-quantique. Lors du prochain Briefing Calipia en décembre, nous consacrerons une session à l’état des lieux de l’informatique quantique, qui résumera l’état actuel des développements, séparera les vraies ruptures des effets d’annonce, et en tirera les conséquences concrètes pour les DSI et les RSSI.