Cryostat suprême quantique de Google, avec l'ordinateur quantique Sycamore à l'intérieur.
(Image: © Erik Lucero / Google)
Nous venons d'entrer dans l'ère de suprématie quantique, suggère une nouvelle étude.
Pour la première fois, un ordinateur quantique a résolu un problème qu'un ordinateur traditionnel, à toutes fins pratiques, ne peut pas, ont rapporté des chercheurs aujourd'hui (23 octobre) dans le journal Nature.
"Un calcul qui prendrait 10 000 ans sur un supercalculateur classique prend 200 secondes sur notre ordinateur quantique", a expliqué le co-auteur Brooks Foxen, étudiant-chercheur diplômé en physique à Google AI Quantum à Mountain View et à l'Université de Californie à Santa Barbara, dit dans un communiqué.
"Il est probable que le temps de simulation classique, actuellement estimé à 10 000 ans, sera réduit par une amélioration du matériel et des algorithmes classiques, mais, comme nous sommes actuellement 1,5 billion de fois plus rapides, nous nous sentons à l'aise de revendiquer cette réussite", a ajouté Foxen.
Les ordinateurs quantiques stockent des informations à l'aide de particules subatomiques, qui se comportent selon des règles très différentes de celles qui régissent notre macro-monde. Par exemple, les particules quantiques peuvent exister dans une "superposition" de deux états différents en même temps, et les particules peuvent être séparées par des années-lumière tout en étant "empêtré, "affectant les propriétés des autres.
Cette étrangeté est la clé de la puissance potentielle incroyable de l'informatique quantique. En raison du phénomène de superposition, les ordinateurs quantiques peuvent stocker et manipuler beaucoup plus d'informations par unité de volume que les ordinateurs traditionnels, qui codent les informations de manière binaire à l'aide de 0 et de 1. (Soit dit en passant, l'unité de base de l'information dans un système informatique quantique est connue sous le nom de qubit, qui est l'abréviation de "quantum bit".)
La nouvelle étude nous donne un avant-goût de ce pouvoir. L'équipe de recherche, dirigée par Frank Arute de Google AI Quantum, a utilisé un ordinateur quantique appelé Sycamore, qui comportait 53 qubits fonctionnels (plus un qui ne fonctionnait pas correctement).
Les scientifiques ont emmêlé ces 53 qubits dans un état de superposition complexe, puis ont demandé à Sycamore d'effectuer une tâche semblable à la génération de nombres aléatoires. Les résultats ont ensuite été comparés à des simulations effectuées sur le superordinateur Summit du Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee.
"Summit est actuellement le premier supercalculateur au monde, capable d'effectuer environ 200 millions de milliards d'opérations par seconde", a écrit William Oliver, physicien au Massachusetts Institute of Technology, dans un accompagnant la pièce "News and Views" dans le même numéro de Nature.
"Il comprend environ 40 000 unités de processeur, chacune contenant des milliards de transistors (commutateurs électroniques), et dispose de 250 millions de gigaoctets de stockage. Environ 99% des ressources de Summit ont été utilisées pour effectuer l'échantillonnage classique", a ajouté Oliver, qui n'était pas impliqué. dans la nouvelle étude.
Comme l'a noté Foxen, Sycamore a terminé en 3,5 minutes environ, et les travaux du Sommet ont suggéré que même le supercalculateur traditionnel le plus puissant devrait s'attaquer au problème pendant environ 10 000 ans.
"Cette démonstration de la suprématie quantique sur les principaux algorithmes classiques d'aujourd'hui sur les supercalculateurs les plus rapides du monde est vraiment une réalisation remarquable et un jalon pour l'informatique quantique", a ajouté Oliver. "Il suggère expérimentalement que les ordinateurs quantiques représentent un modèle de calcul qui est fondamentalement différent de celui des ordinateurs classiques. Il combat également davantage les critiques sur la contrôlabilité et la viabilité du calcul quantique dans un espace de calcul extraordinairement grand (contenant au moins les 253 états utilisés ici ). "
(Cependant, tout le monde n'est pas d'accord pour dire que le nouveau document fait état d'une "suprématie". Par exemple, des chercheurs d'IBM soutiennent que la tâche effectuée par Sycamore est bien à la portée d'un ordinateur classique. "Nous soutenons qu'une simulation idéale de la même tâche peut être effectuée sur un système classique en 2,5 jours et avec une fidélité beaucoup plus grande ", ont écrit trois scientifiques d'IBM dans un article de blog le 21 octobre." Il s'agit en fait d'une estimation prudente dans le pire des cas, et nous nous attendons à ce que le coût classique de la simulation peut être encore réduit. ")
Oliver a également souligné, cependant, qu'un travail considérable doit encore être fait avant que les ordinateurs quantiques puissent devenir une partie importante de notre vie quotidienne. Par exemple, écrit-il, les chercheurs devront développer de nouveaux algorithmes pouvant fonctionner avec les processeurs quantiques sujets aux erreurs qui seront disponibles dans un avenir proche. Et, pour rendre la technologie commercialement viable à long terme, les scientifiques devront concevoir des protocoles robustes pour corriger les erreurs quantiques.
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Note de l'éditeur: cette histoire a été mise à jour le 24 octobre pour inclure les réflexions des scientifiques d'IBM qui ne pensent pas que la nouvelle étude démontre la suprématie quantique.
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