Des scientifiques viennent de simuler la technologie quantique sur du matériel informatique classique

Se cachant à l’arrière-plan de la quête d’une véritable suprématie quantique se cache une possibilité embarrassante – les tâches de calcul de nombres hyper-rapides basées sur la supercherie quantique pourraient bien être une charge de battage médiatique.

Aujourd’hui, deux physiciens de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse et de l’Université de Columbia aux États-Unis ont trouvé un meilleur moyen d’évaluer le potentiel des dispositifs quantiques à court terme – en simulant la mécanique quantique sur laquelle ils reposent. matériel plus traditionnel.

Leur étude a utilisé un réseau de neurones développé par Giuseppe Carleo de l’EPFL et son collègue Matthias Troyer en 2016, en utilisant l’apprentissage automatique pour proposer une approximation d’un système quantique chargé d’exécuter un processus spécifique.

Connu sous le nom d’algorithme d’optimisation approximative quantique (QAOA), le processus identifie les solutions optimales à un problème sur les états d’énergie à partir d’une liste de possibilités, des solutions qui devraient produire le moins d’erreurs lorsqu’elles sont appliquées.

« Il y a beaucoup d’intérêt à comprendre quels problèmes peuvent être résolus efficacement par un ordinateur quantique, et QAOA est l’un des candidats les plus en vue », a déclaré Carleo.

La simulation QAOA développée par Carleo et Matija Medvidović, un étudiant diplômé de l’Université de Columbia, a imité un appareil de 54 qubits – de taille, mais bien conforme aux dernières réalisations en technologie quantique.

Bien qu’il s’agisse d’une approximation de la façon dont l’algorithme fonctionnerait sur un ordinateur quantique réel, il a fait un assez bon travail pour servir de véritable affaire.

Le temps nous dira si les physiciens du futur détermineront rapidement les états fondamentaux dans un après-midi de calculs QAOA sur une machine de bonne foi, ou prendront leur temps en utilisant un code binaire éprouvé.

Les ingénieurs font encore des progrès incroyables dans l’exploitation du rouet de la probabilité piégé dans des boîtes quantiques. La question pressante est de savoir si les innovations actuelles seront un jour suffisantes pour surmonter les plus gros obstacles dans la tentative de cette génération de technologie quantique.

Au cœur de chaque processeur quantique se trouvent des unités de calcul appelées qubits. Chacun représente une vague de probabilité, une sans un seul état défini mais qui est capturée de manière robuste par une équation relativement simple.

Reliez suffisamment de qubits – ce que l’on appelle l’intrication – et cette équation devient de plus en plus complexe.

Au fur et à mesure que le nombre de qubits liés augmente, passant de dizaines à des dizaines à des milliers, les types de calculs que ses ondes peuvent représenter laisseront tout ce que nous pouvons gérer en utilisant des bits classiques de code binaire dans la poussière.

Mais l’ensemble du processus est comme tisser un tapis en dentelle à partir de toile d’araignée : chaque vague est à un souffle de l’emmêlement avec son environnement, ce qui entraîne des erreurs catastrophiques. Bien que nous puissions réduire le risque de telles erreurs, il n’existe actuellement aucun moyen facile de les éliminer complètement.

Cependant, nous pourrions peut-être vivre avec les erreurs s’il existe un moyen simple de les compenser. Pour l’instant, l’accélération quantique attendue risque d’être un mirage que les physiciens poursuivent désespérément.

« Mais la barrière de » l’accélération quantique « est tout sauf rigide et elle est continuellement remodelée par de nouvelles recherches, également grâce aux progrès réalisés dans le développement d’algorithmes classiques plus efficaces », explique Carleo.

Aussi tentant que cela puisse être d’utiliser des simulations comme moyen de faire valoir que l’informatique classique conserve un avantage sur les machines quantiques, Carleo et Medvidović insistent sur le fait que l’avantage ultime de l’approximation est d’établir des repères dans ce qui pourrait être réalisé dans l’ère actuelle de la nouvelle technologie quantique imparfaite. les technologies.

Au-delà, qui sait ? La technologie quantique est déjà un pari suffisant. Jusqu’à présent, c’est celui qui semble bien porter ses fruits.

Cette recherche a été publiée dans Informations quantiques sur la nature.