L'ordinateur quantique, c'est comme un orchestre où chaque musicien joue sa partition, mais la moindre fausse note ruine la symphonie. Les qubits physiques qui le composent sont bruyants et commettent des erreurs. Pour protéger les calculs, on les regroupe en qubits logiques grâce à la correction d'erreurs quantique. L'approche traditionnelle, le code de surface, est fiable mais coûteuse : il faut des centaines de qubits physiques pour un seul qubit logique. Les codes LDPC quantiques promettent mieux, mais ils sont difficiles à implémenter à cause de connexions complexes. Ce nouveau travail propose une issue : l'architecture vélo, où les modules sont reliés par des connexions à longue portée, comme des baguettes de chef d'orchestre qui atteignent les instruments éloignés.

À la base se trouvent les codes bicycliques bidimensionnels : les qubits et les vérifications sont placés sur un tore, et chaque vérification est en outre connectée à deux qubits distants. Pour le code gross (144 qubits physiques, 12 qubits logiques, distance 12) et two-gross (288, 12, 18), des circuits explicites de mesure de syndrome, des opérations logiques par déformation du code (chirurgie quantique) et l'injection d'états T depuis des fabriques sont construits. La tolérance aux fautes est vérifiée par simulation du bruit de circuit avec probabilité d'erreur p. Pour p=10⁻³, l'erreur logique au repos pour gross est de 10⁻⁸·⁸, et pour two-gross de 10⁻²⁰·¹. C'est plusieurs ordres de grandeur plus bas que pour le code de surface de distance comparable.

Les estimations de bout en bout pour des circuits aléatoires et des simulations du modèle d'Ising en champ transverse montrent : avec 5 000 qubits physiques et p=10⁻³, l'architecture vélo exécute 10 fois plus d'opérations logiques que le code de surface. Pour le modèle d'Ising, 8 138 qubits suffisent à p≈7×10⁻⁴, contre 58 à 73 mille pour le code de surface. C'est la première démonstration de bout en bout que la modularité et les connexions à longue portée offrent un gain d'un ordre de grandeur en nombre de qubits logiques sans dégrader la fiabilité.

Les perspectives incluent l'amélioration des mesures inter-modules, dont les erreurs logiques limitent actuellement les performances globales. De nouvelles conceptions d'adaptateurs, l'optimisation du décodeur et des mesures parallèles sont possibles. Une autre direction est l'augmentation de la distance des codes : la famille des codes bicycliques permet la mise à l'échelle, ainsi que l'utilisation d'autres codes à faible densité de vérifications, jusqu'à des codes à vitesse constante. Enfin, on peut améliorer les fabriques d'états magiques en utilisant les connexions à longue portée pour la cultivation ou la distillation. L'architecture vélo établit de nouvelles normes pour la conception de processeurs quantiques, en particulier supraconducteurs, où les connexions à longue portée sont déjà démontrées, et pour les compilateurs.