Une ombre au lieu d'un portrait complet express
Un processeur quantique ressemble à un orchestre où chaque musicien (le qubit) doit jouer sa partition avec précision. Mais en réalité, les instruments se désaccordent : les qubits perdent de l'énergie et leurs interactions se déforment. Pour accorder cet orchestre, il faut d'abord enregistrer ce qu'il joue actuellement, c'est-à-dire mesurer les paramètres du bruit et des connexions. La méthode habituelle consiste à réaliser une « tomographie » complète : passer en revue tous les états possibles et noter les résultats. Mais avec chaque nouveau qubit, le nombre de ces états double, et pour cinq qubits, cela représente déjà 58 heures de mesures continues.
Les auteurs de l'étude ont appliqué la méthode de la tomographie fantôme. Au lieu d'une revue exhaustive, ils effectuent des mesures aléatoires, comme si le chef d'orchestre écoutait non pas chaque musicien individuellement, mais des fragments aléatoires de la partition, puis reconstituait l'ensemble à partir de ces extraits. Il s'avère que pour un processeur à qubits supraconducteurs, ces « ombres » aléatoires fournissent la même information sur le bruit et les connexions que la revue complète, mais nécessitent beaucoup moins de mesures. Dans l'expérience sur cinq qubits, le temps est passé de 58 heures à 9.
L'utilité pratique est évidente : plus nous découvrons rapidement comment l'ordinateur quantique est « désaccordé », plus vite nous pouvons le calibrer et le faire calculer sans erreurs. Pour les processeurs en croissance avec des dizaines et des centaines de qubits, ce n'est pas un simple confort, mais une nécessité. La méthode fantôme n'est plus une exotisme — elle fonctionne sur du matériel réel et donne des chiffres précis.
Les mesures aléatoires en mécanique quantique rappellent un sondage d'opinion : au lieu d'interroger chaque habitant du pays, on interroge un échantillon aléatoire et on en déduit l'avis de tous.