Un ordinateur quantique qui utilise des particules de lumière a pris environ deux douzaines de microsecondes pour terminer un calcul qui pourrait prendre des milliards de milliards de milliards d'années sur les meilleurs superordinateurs du monde
Un prototype antérieur de Jiuzhang 4.0, l'ordinateur quantique qui a obtenu un avantage quantique
Un ordinateur quantique a peut-être atteint un «avantage quantique» en effectuant une tâche qui est fermement hors de portée des meilleurs superordinateurs du monde. Les experts ont estimé que la réplication du calcul sur une machine classique prendrait des milliards de milliards de fois l'âge de l'univers. Mais que signifie cet exploit pour le développement d'ordinateurs quantiques vraiment pratiques?
Le nouveau support d'enregistrement est un ordinateur quantique appelé Jiuzhang 4.0 qui fait des calculs à l'aide de particules de lumière ou de photons. Chao-Yang Lu à l'Université des sciences et de la technologie de la Chine et de ses collègues l'ont utilisé pour l'échantillonnage de boson gaussien (GBS), une tâche où un échantillon de photons est mesuré après que les particules ont parcouru la répartition tentaculaire et complexe de l'ordinateur de miroirs et de séparateurs de faisceaux.
Les enregistrements précédents pour cette tâche impliquaient moins de 300 photons, mais dans ce cas, Jiuzhang a utilisé 3090 particules. C'est une amélioration dix fois, ce qui signale une augmentation de la puissance de calcul. Lu et ses collègues ont estimé qu'un algorithme de pointe sur le supercalculateur le plus puissant du monde en prendrait 1042 Des années pour simuler ce que Jiuzhang a terminé en 25,6 microsecondes.
«Les résultats sont, sans aucun doute, une réalisation technique impressionnante», explique Jonathan Lavoie à la start-up de calcul quantique canadien Xanadu, qui détenait un record du GBS précédent de 219 photons. Chris Langer chez la société quantique Computing Quantinuum, qui a précédemment démontré l'avantage quantique avec un type différent d'ordinateur quantique, dit qu'il s'agit d'une avancée significative. «Je pense qu'il est important que les systèmes quantiques puissent prouver qu'ils ne sont pas simulables», dit-il.
Mais une machine Jiuzhang a déjà été ici. Plusieurs fois, les chercheurs ont utilisé des versions antérieures de l'ordinateur quantique pour démontrer le GBS avec un nombre élevé de photons qui semblaient impossibles à simuler les ordinateurs traditionnels. Chaque fois, ils ont été contrecarrés alors que les ordinateurs classiques ont reproduit leurs résultats, parfois en moins d'une heure.
Bill Fefferman à l'Université de Chicago dans l'Illinois, qui a travaillé sur l'un de ces algorithmes classiques victorieux, dit qu'une préoccupation cruciale a entravé l'appareil photonique: de nombreux photons se perdent lorsqu'ils se déplacent dans l'ordinateur quantique, et donc l'appareil est bruyant. «Ici, ils ont réduit leurs taux de bruit, et en même temps ont rendu l'expérience plus grande, ce qui – au moins pour le moment – semble entraîner la lutte de notre algorithme», explique Fefferman.
Lu dit que surmonter la perte de photons a été le plus grand défi que son équipe a dû relever dans la nouvelle expérience. Mais Jiuzhang n'est toujours pas complètement libre de bruit, ce qui laisse une certaine place à de nouvelles stratégies de simulation classiques pour défier son statut de champion.
«À mon avis, ils ne sont pas encore dans le régime où nous pouvons être convaincus qu'aucune stratégie de ce type n'est possible», explique Jelmer Rema à l'Université de Twente aux Pays-Bas.
Il y a un «cycle vertueux» ici, où la concurrence entre les algorithmes classiques et les appareils quantiques nous rapproche de la compréhension de la frontière insaisissable entre les mondes classiques et quantiques, explique Fefferman. En termes de science fondamentale, il s'agit d'une victoire pour tout le monde – mais si elle déplace l'informatique quantique vers des machines qui sont plus puissantes d'une manière utile est un problème distinct.
Langer dit que GBS est une «référence d'entrée de gamme» dans le sens où il établit la différence d'un ordinateur quantique par rapport aux ordinateurs conventionnels, mais la réalisation ne se reflète pas directement sur l'utilité de l'ordinateur. Du point de vue de la théorie mathématique rigoureuse, il est difficile d'évaluer lorsque le GBS est des preuves de «pistolet à fumer» de l'avantage quantique et d'identifier une voie claire pour faire une machine qui excelle chez GBS en une qui excelle dans une tâche plus appliquée, explique Nicolás Quesada à Polytechnique Montréal au Canada.
Cela est en partie dû au fait que le matériel de Jiuzhang est hautement spécialisé, donc l'ordinateur quantique ne peut pas être programmé pour effectuer n'importe quel calcul. «Bien qu'il puisse démontrer un avantage de calcul pour une tâche étroite, il manque d'éléments cruciaux pour le calcul quantique tolérant aux pannes et utile», explique Lavoie. Ici, la tolérance aux pannes fait référence aux calculs où l'ordinateur quantique identifie et corrige ses propres erreurs, une capacité depuis longtemps qui n'a pas encore été réalisée dans les ordinateurs quantiques pratiques.
Dans le même temps, Lu et son équipe ont présenté plusieurs demandes pour la capacité exceptionnelle de Jiuzhang en ce qui concerne le GBS. Le processus peut améliorer les calculs pertinents pour la reconnaissance d'image, la chimie et certains problèmes mathématiques liés à l'apprentissage automatique. Fabio Sciarrino à l'Université de Sapienza de Rome en Italie dit que cette approche de l'informatique quantique en est encore à ses balbutiements – mais en cas de succès, elle pourrait donner naissance à un tout nouveau paradigme.
Plus précisément, les progrès du matériel – comme ce dernier appareil Jiuzhang – pourraient permettre aux chercheurs de créer des ordinateurs quantiques basés sur la lumière exceptionnels, explique Sciarrino. Ils seraient programmés d'une manière complètement nouvelle et exceller dans des tâches liées à l'apprentissage automatique.
