Bien que randomiser un jeu de cartes devienne plus difficile à mesure que vous ajoutez plus de cartes, il s'avère que ce n'est pas vrai pour les qubits des ordinateurs quantiques, ce qui peut s'avérer étonnamment utile
Trisser les objets quantiques est beaucoup plus étranger que les mélanges classiques
Les ordinateurs quantiques peuvent produire un aléatoire beaucoup plus facilement qu'on ne le pensait auparavant, une découverte surprenante qui montre que nous avons encore beaucoup à apprendre sur la façon dont l'étrange royaume de la physique quantique se croit avec le calcul.
L'aléatoire est un composant clé de nombreuses tâches de calcul – les prévisions météorologiques, par exemple, impliquent la simulation de comportements atmosphériques plusieurs fois, à chaque fois avec une configuration initiale légèrement différente choisie au hasard. Pour les ordinateurs quantiques, organiser leurs bits quantiques ou qubits, dans des configurations aléatoires pour produire des résultats est une façon dont les chercheurs ont tenté de démontrer l'avantage quantique, où les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des tâches qui sont efficacement impossibles pour les machines classiques.
La configuration de ces configurations aléatoires signifie essentiellement le mélange des Qubits et la façon dont ils se connectent plusieurs fois, similaire à la façon dont vous mélangeriez un jeu de cartes. Mais tout comme un plus grand bureau de cartes est plus lourd à mélange que celle plus petite, ce processus a été considéré comme beaucoup plus de temps en ajoutant plus de qubits à votre système. Étant donné que davantage de mélanges augmentent les chances de ruiner l'état quantique délicat des Qubits, cela signifiait que de nombreuses applications utiles qui reposaient sur le hasard étaient considérées comme limitées aux petits ordinateurs quantiques.
Maintenant, Thomas Schuster au California Institute for Technology et ses collègues ont découvert que ces séquences aléatoires peuvent être produites avec moins de shuffles que nous ne le pensions, ce qui ouvre la possibilité d'utiliser des séquences de qubit disposées au hasard qui auraient été trop complexes pour être implémentées sur des ordinateurs quantiques plus importants.
Pour le montrer, Schuster et son équipe ont imaginé diviser une collection de qubits en blocs plus petits, puis ont prouvé mathématiquement que ces blocs pourraient chacun produire une séquence aléatoire. Ensuite, ils ont prouvé que ces blocs de qubit plus petits pourraient être «collés» ensemble, créant une version bien réprimée de l'ensemble original de Qubits d'une manière que vous n'attendriez pas nécessairement.
«C'est tout simplement très surprenant, car vous pouvez montrer que des choses similaires ne tiennent pas pour les générateurs de nombres aléatoires dans les systèmes classiques», explique Schuster. Par exemple, le mélange d'un jeu de cartes en blocs serait très visible, car les cartes du bloc supérieur resteraient toujours près du sommet. Ce n'est pas vrai dans le cas quantique, car le mélange quantique crée une superposition aléatoire de tous les remaniements possibles.
«Il s'agit d'un objet beaucoup plus compliqué qu'un shuffler classique. Par exemple, la commande des cartes supérieures n'est plus fixe, car nous sommes une superposition de nombreuses réorganisations possibles, donc si j'essaie l'approche classique ci-dessus et mesurons l'emplacement des cartes supérieures après le mélange, explique Schuster. « C'est vraiment une sorte de phénomène nouveau et intrinsèquement quantique. »
«Ce type de comportement quantique aléatoire, nous nous attendions tous à être extrêmement difficiles à générer, et ici les auteurs ont montré que vous pouviez le faire essentiellement aussi efficacement que vous pouvez l'imaginer», explique Pieter Claeys au Max Planck Institute pour la physique des systèmes complexes en Allemagne. «Ce fut une constatation très surprenante.»
«Les circuits quantiques aléatoires ont une pléthore d'utilisations comme ingrédients dans les algorithmes quantiques, et même pour avoir démontré la suprématie dite quantique», explique Ashley Montanaro à l'Université de Bristol, au Royaume-Uni. «Les auteurs identifient déjà de nombreuses applications dans les informations quantiques, et je m'attends à ce que d'autres suivront.» Par exemple, cela faciliterait le fait de faire le type d'expériences sur l'avantage quantique que les chercheurs ont fait auparavant, bien que Montanaro prévoient que cela ne signifie pas à son tour que la récolte des avantages pratiques d'un tel avantage est plus proche.
