Il y a eu plusieurs affirmations d'ordinateurs quantiques qui se comportent à un niveau impossible à assortir avec un ordinateur classique – dont la plupart ont été réfutés. Pourrait-il y avoir une raison mathématique pour laquelle cela continue de se produire?
Un modèle d'un ordinateur quantique
En 2019, Google a affirmé que son ordinateur quantique, Sycamore, pourrait effectuer des calculs qui prendraient 10 000 ans pour fonctionner sur le premier supercalculateur mondial – un exploit de «suprématie quantique». L'année dernière, cependant, d'autres chercheurs ont réfuté la revendication de Google en terminant l'un des calculs sur un ordinateur conventionnel en seulement 14,22 secondes. Impossible, Google a fait une deuxième réclamation pour la suprématie quantique il y a quelques mois, avec un nouvel ordinateur quantique appelé Willow. L'entreprise a estimé qu'un supercalculateur leader aurait besoin de 10 septillions pour correspondre à Willow. Mais si cette affirmation de suprématie quantique résistera à l'épreuve du temps reste à voir.
«Je pense que le jury est toujours en quelque sorte là-bas», explique Bill Fffermanman à l'Université de Chicago. Lui et ses collègues ont déjà utilisé des ordinateurs traditionnels ou classiques pour enquêter sur les revendications de suprématie quantique, mais il dit qu'il ne voit pas une voie claire pour le faire dans le cas de Willow. Cela dit, les arguments mathématiques en faveur de la réclamation debout ne sont pas non plus clairs.
L'équipe de Google n'est pas la seule à avoir fait une réclamation de suprématie quantique ces dernières années. Les chercheurs de Quantum Computing Start-ups Quantinuum et Xanadu, et à l'Université des sciences et de la technologie de la Chine – bien que toutes les réclamations aient depuis été compromis, à l'exception de Willow.
Toutes les allégations de suprématie quantique impliquent la tâche d'un ordinateur quantique en vérifiant qu'un échantillon de nombres sortis par un circuit quantique, ou une séquence d'opérations de calcul, ont une distribution vraiment aléatoire – un test qui est souvent appelé «RC» ou un échantillonnage de circuit aléatoire.
Depuis plusieurs années, Fefferman et ses collègues ont essayé de prouver rigoureusement que le RCS est vraiment mathématiquement difficile pour les ordinateurs classiques mais pas les RC. Cela ajouterait de la crédibilité à l'acceptation par l'industrie de l'informatique quantique de RCS en tant que bonne suprématie quantique.
En 2018, lui et ses collègues ont pu fournir de fortes preuves mathématiques que le RCS est en effet étonnamment difficile à simuler sur les ordinateurs classiques – en fait, presque aussi difficile que le cas le plus difficile sur lequel les mathématiciens sont d'accord sur. Mais lorsque la revendication de la suprématie quantique 2019 de Google est tombée, Fefferman et ses collègues ont réalisé que leur analyse était incomplète, a-t-il expliqué le 17 mars au American Physical Society Global Physics Summit en Californie. «Notre travail était intéressant d'un point de vue théorique, mais il ne prenait vraiment pas en compte ce que je considère comme la principale mise en garde potentielle avec ces expériences, c'est qu'ils ont tellement de bruit», explique Fefferman.
Par exemple, l'ordinateur quantique de Quannuum, qui a revendiqué la suprématie quantique en 2024, a produit des résultats sans faire une seule erreur seulement environ 35% du temps. Les erreurs qu'il a commises au reste du temps – par exemple, en raison de perturbations de son environnement – sont le bruit qui, selon Fefferman, est à blâmer pour la défaite de tant de revendications de suprématie quantique. «Lorsque nous comprenons vraiment ces expériences en termes de bruit réaliste, nous réalisons que le bruit tue beaucoup d'avantages quantiques, et les expériences peuvent souvent être simulées (sur les ordinateurs classiques) dans un temps étonnamment court», dit-il.
À mesure que les ordinateurs quantiques deviennent plus gros et moins bruyants, il peut y avoir une sorte de «zone Goldilocks» où des expériences comme les RC restent imbattables, même si elles n'ont pas été rigoureusement prouvées en tant que telles, explique Fefferman. Il dit que pour faire la déclaration la plus forte sur ce qui constitue un test de suprématie quantique parfait, cependant, nous devrons peut-être attendre que les ordinateurs quantiques deviennent «tolérants aux pannes», ou capables d'attraper et de corriger toutes leurs erreurs.
Nous ne sommes peut-être pas encore là, mais Sergio Boixo chez Google est convaincu que le problème du bruit ne sapera pas l'affirmation selon laquelle Willow a atteint la suprématie quantique. Il dit que Willow est assez grand et utilise des circuits quantiques comprenant tellement d'opérations que «le coût de la simulation classique serait impraticable, garantissant que l'expérience ne sera jamais simulée».
De l'avis de Fefferman, ce qui est le plus important, c'est que le cycle dans lequel les ordinateurs quantiques et classiques s'efforcent constamment de se surpasser. Chaque nouvelle prétend de suprématie quantique, qu'il s'agisse de l'épreuve du temps ou non, nous rapproche de comprendre exactement comment les ordinateurs quantiques diffèrent de leurs homologues traditionnels, dit-il.
Il y a déjà eu une victoire pratique pour les ordinateurs quantiques: le mois dernier, une équipe de chercheurs a utilisé un ordinateur quantique Quannuum en collaboration avec un supercalculateur traditionnel pour exploiter les RC pour une nouvelle façon de produire des nombres aléatoires certifiés, qui pourraient être utiles pour la cryptographie et la communication sécurisée. Et Willow de Google règne toujours Quantum Supreme.
