Informatique Quantique – Suprématie à Prouver Par Google

Google Prévoit De Démontrer La suprématie De L’Informatique Quantique

L’ Informatique quantique a longtemps tenu la promesse d’effectuer certains calculs qui sont impossibles – ou du moins, totalement impraticables – même pour les ordinateurs conventionnels les plus puissants. Maintenant, les chercheurs des laboratoires de Google à Goleta, en Californie, peuvent enfin être sur le point de le prouver, en utilisant les mêmes types de bits quantiques, ou qubits, qui pourraient un jour constituer des machines quantiques à grande échelle.

À la fin de cette année, l’équipe vise à augmenter le nombre de qubits supraconducteurs qu’elle construit sur des circuits intégrés pour créer un réseau de 7 par 7. Ainsi, les chercheurs de Google visent à effectuer des opérations à la limite de ce qui est possible même avec les meilleurs superordinateurs, et ainsi démontrer la suprématie de l’ informatique quantique en matière de puissance.

“Nous parlons depuis de nombreuses années de la puissance d’un processeur quantique grâce à la mécanique quantique, mais nous voulons le démontrer spécifiquement”, explique John Martinis, professeur à l’Université de Californie, Santa Barbara, qui a rejoint Google en 2014.

La taille de 49 qubits supraconducteurs du système est encore loin de ce que les physiciens pensent sera la taille nécessaire pour effectuer les types de calculs qui ont longtemps motivé la recherche en informatique quantique. L’un de ceux-ci est l’algorithme de Shor, un schéma de calcul qui permettrait à un ordinateur quantique de factoriser rapidement de très grands nombres et donc de craquer l’un des composants fondamentaux de la cryptographie moderne. Dans un commentaire récent dans Nature, Martinis et ses collègues ont estimé qu’un système de 100 millions de bits serait nécessaire pour factoriser un nombre de 2 000 bits (une longueur de clé publique qui n’est pas rare) en un jour. La plupart de ces qubits seraient utilisés pour créer les états quantiques spéciaux qui seraient nécessaires pour effectuer les calculs et corriger les erreurs, créant un millier de “qubits logiques” stables à partir de milliers de composants physiques moins stables, dit Martinis.

Il n’y aura pas d’infrastructure supplémentaire dans ce système de 49 bits, ce qui signifie qu’un calcul différent doit être effectué pour établir la suprématie de l’ informatique quantique. Pour démontrer la supériorité de la puce par rapport aux ordinateurs conventionnels, l’équipe de Google exécutera les opérations sur la matrice qui l’amènera à évoluer de manière chaotique et à produire ce qui ressemble à une sortie aléatoire. Les machines classiques peuvent simuler cette sortie pour les systèmes plus petits. En avril, par exemple, Lawrence Berkeley National Laboratory a signalé que son super ordinateur de 29 pétaflops, Cori, avait simulé la production de 45 qubits. Mais 49 qubits pousseraient, sinon dépasseraient, les limites des super ordinateurs conventionnels.

Ce calcul n’a pas encore d’application pratique claire. Mais Martinis dit qu’il y a d’autres raisons à part le fait de démontrer la suprématie de l’ informatique quantique qui nous poussent à poursuivre cette approche. Les qubits utilisés pour créer le tableau de 49 bits peuvent également être utilisés pour créer des systèmes quantiques “universels” plus grands avec la correction d’erreur, le type qui pourrait faire des trucs comme le décryptage, donc la puce devrait fournir des données de validation utiles.

Il peut également y avoir, selon l’équipe, un potentiel de calcul inexploité dans des systèmes avec peu ou pas de correction d’erreur. “Ce serait merveilleux si cela était vrai parce que nous pourrions alors avoir des produits utiles au lieu d’attendre longtemps”, dit Martinis. Selon l’équipe, une application potentielle pourrait simuler les réactions chimiques et le matériel.

Google a récemment procédé à un essai à vide sur une série de qubits de 9 par 1 et testé une technologie de fabrication sur une matrice de 2 x 3. L’augmentation du nombre de qubits se fera par étapes. “C’est un problème d’ingénierie système difficile”, dit Martinis. “Nous devons l’intensifier, mais les qubits doivent encore bien fonctionner. Nous ne pouvons avoir aucune perte de fidélité, aucune augmentation du taux d’erreur, et je dirais que le taux d’erreur et la mise à l’échelle ont tendance à se concurrencer les uns les autres”. Pourtant, dit-il, L’équipe pense qu’il pourrait y avoir un moyen d’étendre les systèmes bien au-delà de 50 qubits même sans correction d’erreur.

Google n’est pas la seule société à travailler sur la construction des systèmes quantiques plus importants sans correction d’erreur. En mars, IBM a dévoilé un plan pour créer un tel système de qubit supraconducteur dans les prochaines années, avec également environ 50 qubits, et pour le rendre accessible sur le cloud. “51 nombre magique”, explique Bob Sutor, vice-président d’IBM dans ce domaine, car c’est autour de ce point que l’ informatique quantique va commencer à devancer les ordinateurs classiques dans certaines tâches.

La qualité des qubits supraconducteurs a beaucoup progressé au fil des années depuis que D-Wave Systems a commencé à offrir des ordinateurs quantiques commerciaux, explique Scott Aaronson, professeur d’informatique à l’Université du Texas à Austin. D-Wave, basé à Burnaby, au Canada, a prétendu que ses systèmes offraient une accélération par rapport aux machines conventionnelles, mais Aaronson dit qu’il n’y a pas eu de démonstration convaincante de cela. Google, dit-il, vise clairement à démontrer la suprématie de l’ informatique quantique qui ne sera pas quelque chose à loucher et à discuter.

On ne sait toujours pas s’il y a des tâches utiles qu’une puce de 50 bits ou de 4 bits pourrait accomplir, dit Aaronson. On n’est pas non plus certain que les systèmes peuvent être agrandis sans correction d’erreur. Mais il dit que la suprématie de l’ informatique quantique sera néanmoins une étape importante, une ramification naturelle de l’effort de fabrication de machines quantiques universelles à grande échelle: “Je pense qu’il vaut absolument la peine d’établir aussi clairement que possible que le monde travailler de cette façon. Certainement, si nous pouvons le faire en tant que spin-off (avantage inattendu) de la technologie qui sera utile par la suite, alors pourquoi pas?