Ordinateurs Quantiques, IBM Simule Une Machine 56-Qubit
Les ordinateurs quantiques peuvent, en théorie, largement surpasser les ordinateurs conventionnels utilisant des composants connus sous le nom de qubits. Maintenant, IBM dit qu’il a simulé un ordinateur quantique de 56 qubits sur un superordinateur à l’ancienne, une tâche que certains avaient précédemment insinuée dépassait les capacités des machines conventionnelles.
Ces résultats ne signifient pas que Google et d’autres devraient abandonner leurs projets informatiques quantique, ajoutent les chercheurs. Au lieu de cela, ils suggèrent que les super-ordinateurs conventionnels pourraient aider à s’assurer que les ordinateurs quantiques fonctionnent réellement en vérifiant leurs résultats.
Les ordinateurs classiques activent ou désactivent les transistors pour symboliser les données comme étant des (1) et des (0). En revanche, les ordinateurs quantiques utilisent des bits ou des qubits quantiques qui, en raison de la nature surréaliste de la physique quantique, peuvent être dans un état de superposition où ils peuvent essentiellement agir à la fois comme (1) et (0)
Les superpositions que les qubits adoptent leur permettent d’effectuer deux calculs à la fois. Si deux qubits sont liés mécaniquement quantique, ou enchevêtrés, ils peuvent aider à effectuer 2 ^ 2 ou quatre calculs simultanément; trois qubits, 2 ^ 3 ou huit calculs; etc. En principe, un ordinateur quantique avec 300 qubits pourrait effectuer plus de calculs dans un instant que d’atomes dans l’univers visible.
“Finalement, les ordinateurs quantiques atteindront tellement de qubits que les ordinateurs conventionnels ne pourront pas les rattraper”, affirme Ed Pednault, auteur principal de l’étude, au Centre de recherche Thomas J. Watson d’IBM à Yorktown Heights, New York.
Des recherches antérieures ont suggéré qu’à environ 50 qubits, les ordinateurs quantiques atteindraient la suprématie quantique, résolvant des problèmes dépassant les limites pratiques des machines conventionnelles, en termes de complexité de calcul, de mémoire disponible, ou les deux. À la fin de 2017, Google espère faire une puce de 49 bits dans une poussée vers la suprématie quantique.
Maintenant IBM dit qu’il a simulé un ordinateur quantique de 56 qubits en utilisant le superordinateur Vulcan à Lawrence Livermore National Laboratory en Californie. Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes le 16 octobre dans le serveur pré-imprimé ArXiv.
Alors qu’un ordinateur quantique à 56 qubits peut théoriquement effectuer 2 ^ 56 opérations simultanément, la réalisation d’IBM impliquait de diviser cette tâche en 2 ^ 19 tranches qui consistaient chacune essentiellement en 2 ^ 36 opérations. Cette stratégie signifiait que les chercheurs n’avaient besoin que d’environ 3 téraoctets de mémoire pour leur ordinateur quantique simulé. En revanche, au début de l’année 2017, une simulation à 45 qubit à l’Institut fédéral suisse de technologie de Zurich nécessitait 500 téraoctets de mémoire.
“Au cours de notre travail, nous avons réussi à accomplir des choses que nous croyions impossibles une semaine plus tôt”, explique Robert Wisnieff, auteur principal de l’étude, au Centre de recherche Thomas J. Watson d’IBM. “C’était comme si vous aviez votre anniversaire chaque jour où vous veniez travailler.”
Les chercheurs d’IBM ont souligné que ces types d’ordinateurs quantiques simulés ne sont pas destinés à remplacer les ordinateurs quantiques. Par exemple, alors qu’un ordinateur quantique parfait de 56 qubit peut effectuer des expériences en 100 microsecondes ou moins, nous avons pris deux jours, donc un facteur d’un milliard de fois plus lent “, dit Wisnieff.
Au lieu de déflater les expériences visant à atteindre la suprématie quantique, comme celle de Google, “ce type de simulation est en fait nécessaire pour vérifier le type d’expérience qu’ils prévoient”, explique Scott Aaronson, informaticien à l’Université du Texas à Austin. Qui n’a pas pris part à cette recherche.
En simulant des ordinateurs quantiques, les supercalculateurs conventionnels peuvent vérifier les résultats des ordinateurs quantiques réels pour voir s’ils fonctionnent correctement. «Nous sommes au point où nous pouvons commencer à fabriquer des machines de l’ordre de 50 qubits, mais nous savons qu’ils ne sont pas du tout idéaux dans leur comportement», dit Wisnieff. Si les résultats des ordinateurs quantiques ne correspondent pas à ceux des simulations, les chercheurs savent qu’ils peuvent avoir quelque chose à réparer.
Les ordinateurs quantiques simulés peuvent également aider les chercheurs à explorer les meilleures applications pour les ordinateurs quantiques réels en trouvant les problèmes qu’ils résolvent mieux que les machines conventionnelles, dit Wisnieff. Simuler des erreurs dans les ordinateurs quantiques pourrait également aider les scientifiques à comprendre les causes des problèmes dans les ordinateurs quantiques réels, ajoute-t-il.
La limite du nombre de qubits que les supercalculateurs conventionnels peuvent simuler reste toujours incertaine. “À ce stade, nous ne savons pas exactement jusqu’où nous pouvons aller”, dit Wisnieff. “Mais c’est juste une question de temps avant que les ordinateurs quantiques ne finissent par gagner.”
