Nouveaux rebondissements sur la route de la suprématie quantique

IBM

Après des décennies de battage médiatique et de gros titres, les ordinateurs quantiques sont enfin prêts à démontrer leur supériorité sur les machines conventionnelles.

Le moment précis où cela se produira est cependant un peu flou. De plus, il faudra encore un certain temps avant que ces machines magiques n'aient un impact notable sur nos vies.

Le point auquel une machine quantique devrait être capable d'effectuer des calculs trop complexes pour être modélisés sur une machine conventionnelle, un point de repère connu sous le nom de suprématie quantique, serait d'environ 49 qubits, l'équivalent quantique des bits qui représentent un ou 0 dans un ordinateur classique.

Les chercheurs de Google semblent être en tête dans la course pour une machine à 49 qubits (voir Google’s New Chip Is a Stepping Stone to Quantum Computing Supremacy ). Plus tôt cette semaine, cependant, des chercheurs du laboratoire de recherche quantique d'IBM à Yorktown Heights, New York, démontré qu'il est possible de modéliser le comportement d'un ordinateur quantique au-delà du point de repère de 49 qubits en exploitant plusieurs techniques mathématiques intelligentes. IBM permet également aux programmeurs d'expérimenter ses ordinateurs quantiques via une plate-forme cloud appelée IBM Q .

Deux scientifiques d'IBM en informatique quantique, Hanhee Paik (à gauche) et Sarah Sheldon, examinent l'une des machines de l'entreprise. IBM

Nous ne pensons pas qu'il y aura un seul point de repère ou métrique pour évaluer la capacité d'un ordinateur quantique, dit Bob Wisnieff , un chercheur chez IBM qui est impliqué dans le nouveau travail de simulation. Nous étudions activement des méthodes qui montrent que les machines quantiques ont un avantage sur les systèmes classiques.

Un ordinateur quantique aura besoin de bien plus de 49 qubits pour être utile. La meilleure mesure sera de s'attaquer aux vrais problèmes, et on ne sait pas quand cela deviendra possible, bien que la dynamique se renforce.

Pour surpasser ce que les ordinateurs conventionnels peuvent réaliser en traitant l'information sous forme de bits conventionnels, les ordinateurs quantiques exploitent la nature contre-intuitive et probabiliste de la physique à l'échelle atomique et subatomique. En exploitant la superposition et l'enchevêtrement - des concepts qui ont déconcerté et ennuyé Einstein - ces machines peuvent calculer d'une manière fondamentalement différente, effectuant des calculs extrêmement complexes à des vitesses qui seraient autrement inconcevables (voir 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers).

Malgré les allers-retours sur la mesure de la capacité d'un ordinateur quantique, le consensus parmi les experts est qu'atteindre 49 qubits serait encore une étape importante. Tout système avec beaucoup de qubits vaut la peine, car pour arriver à 1 000 ou 1 000 000 qubits, nous devons d'abord traiter 100, dit Christophe Monroe , professeur à l'Université du Maryland qui étudie la théorie de l'information quantique. La simulation de composants quantiques joue un rôle important dans la progression vers des systèmes plus complexes, car il n'est pas toujours pratique de tester le comportement d'une conception à l'aide de matériel réel.

Google et IBM développent leurs machines en utilisant des circuits supraconducteurs refroidis à des températures extrêmes. IBM a annoncé une machine à 16 qubits, et Google est largement soupçonné d'avoir une machine à 22 qubits, bien que la société n'ait pas encore officiellement confirmé cela.

La puce 16 qubits d'IBM.

Alors qu'ils se précipitent pour construire les premiers ordinateurs quantiques pratiques, les personnes impliquées s'efforcent également de développer les outils logiciels qui rendront ces machines utiles. En plus de la plate-forme cloud d'IBM, cette semaine Google et une startup californienne appelée Rigetti Computing annoncé logiciel pour convertir des simulations chimiques en une forme qu'un ordinateur quantique peut gérer. Ce nouveau logiciel, appelé OpenFermion , est disponible gratuitement et conçu pour fonctionner avec d'autres ordinateurs quantiques, y compris ceux d'IBM.

La chimie et la science des matériaux sont la première cible de l'informatique quantique, car la technologie pourrait offrir un moyen de modéliser les interactions des atomes à des niveaux de complexité complètement nouveaux (voir Les chimistes sont les premiers à bénéficier de l'informatique quantique).

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Monroe affirme que des efforts comme IBM Q et OpenFermion s'avéreront cruciaux pour ouvrir les applications potentielles de la technologie à mesure qu'elle évolue.

Je crois que dans les cinq à dix prochaines années, nous aurons des machines de plus de 100 qubits qui seront accessibles à tous, et ce sera à ce moment-là que des applications utiles seront trouvées, dit Monroe. Je suppose que des applications quantiques utiles ne seront trouvées qu'une fois que nous aurons construit des machines quantiques pouvant être utilisées par des personnes connaissant les problèmes difficiles de la logistique, des marchés économiques, de la reconnaissance des formes et de la modélisation des matériaux.

On s'intéresse de plus en plus à la question de savoir si les ordinateurs quantiques pourraient également être utiles pour l'apprentissage automatique, bien que Andrew Child , un autre professeur à l'Université du Maryland, dit que cela reste un défi ouvert. Il y a en effet beaucoup de buzz autour de l'apprentissage automatique quantique, dit-il. Je pense que ce domaine est très intéressant, mais sa promesse est loin d'être claire.

Scott Aaronson , professeur à l'Université du Texas à Austin et directeur de son centre d'information quantique, a déclaré dans un article de blog récent que l'article d'IBM sur la suprématie quantique n'a pas diminué l'importance de l'objectif de suprématie quantique de Google.

S'adressant par e-mail à Examen de la technologie MIT , Aaronson a également averti que le jalon attirera sans aucun doute un battage médiatique considérable. Bien sûr, il y a un risque que les choses sur la suprématie quantique soient surmédiatisées et mal comprises, a-t-il écrit. Dans ce domaine, qu'est-ce qui n'a pas été?

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