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Un deuxième type de dispositif quantique a effectué un calcul impossible
pour un ordinateur traditionnel
Crédit photo : Michael Dziedzic
Traduction de ScienceNews.org By Emily Conover December 3, 2020
Proposition de Janny Charrueau
Un nouveau type d'ordinateur quantique a prouvé qu'il peut aussi régner en maître.
Un ordinateur quantique photonique, qui exploite des particules de lumière, ou photons, a effectué un calcul impossible pour un ordinateur conventionnel, rapportent des chercheurs chinois dans un article publié en ligne le 3 décembre dans Science. Cette étape, connue sous le nom de suprématie quantique, n'a été franchie qu'une seule fois auparavant, en 2019, par l'ordinateur quantique de Google (SN : 10/23/19). L'ordinateur de Google, cependant, est basé sur des matériaux supraconducteurs, et non sur des photons.
"C'est la première confirmation indépendante de l'affirmation de Google selon laquelle on peut vraiment atteindre la suprématie quantique", déclare l'informaticien théorique Scott Aaronson de l'Université du Texas à Austin. "C'est passionnant."
Nommé Jiuzhang d'après un ancien texte mathématique chinois, le nouvel ordinateur quantique peut effectuer un calcul en 200 secondes qui prendrait plus d'un demi-milliard d'années sur l'ordinateur non quantique, ou classique, le plus rapide du monde.
Ma première impression a été "wow"", explique le physicien quantique Fabio Sciarrino de l'université Sapienza de Rome.
L'appareil de Google, appelé Sycamore, est basé sur de minuscules bits quantiques faits de matériaux supraconducteurs, qui conduisent l'énergie sans résistance. En revanche, le Jiuzhang est constitué d'un ensemble complexe de dispositifs optiques qui font la navette entre les photons. Ces dispositifs comprennent des sources de lumière, des centaines de séparateurs de faisceaux, des dizaines de miroirs et 100 détecteurs de photons.
En utilisant un processus appelé "boson sampling", Jiuzhang génère une distribution de nombres extrêmement difficile à reproduire pour un ordinateur classique. Voici comment cela fonctionne :
Les photons sont d'abord envoyés dans un réseau de canaux. Là, chaque photon rencontre une série de séparateurs de faisceau, chacun d'eux envoyant le photon sur deux chemins simultanément, dans ce qu'on appelle une superposition quantique. Les trajets se confondent également, et la division et la fusion répétées font que les photons interfèrent les uns avec les autres selon des règles quantiques.
Enfin, le nombre de photons dans chacun des canaux de sortie du réseau est mesuré à la fin. Lorsqu'il est répété plusieurs fois, ce processus produit une distribution de nombres basée sur le nombre de photons trouvés dans chaque sortie.
Si l'ordinateur quantique fonctionne avec un grand nombre de photons et de canaux, il produira une distribution de nombres trop complexe pour être calculée par un ordinateur classique. Dans la nouvelle expérience, jusqu'à 76 photons ont traversé un réseau de 100 canaux. Pour l'un des ordinateurs classiques les plus puissants du monde, le super-ordinateur chinois Sunway TaihuLight, prédire les résultats que l'ordinateur quantique obtiendrait pour tout ce qui dépasse 40 photons environ était impossible.
Si Google a été le premier à franchir la barrière de la suprématie quantique, l'étape n'est "pas une réalisation unique", affirme le co-auteur de l'étude et physicien quantique Chao-Yang Lu de l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei. "C'est une compétition permanente entre un matériel quantique constamment amélioré et une simulation classique sans cesse améliorée". Après l'affirmation de la suprématie quantique de Google, par exemple, IBM a proposé un type de calcul qui pourrait permettre à un superordinateur d'effectuer la tâche que l'ordinateur de Google a accomplie, du moins en théorie.
Et atteindre la suprématie quantique n'indique pas nécessairement que les ordinateurs quantiques sont encore très utiles, car les calculs sont ésotériques et conçus pour être difficiles pour les ordinateurs classiques.
Le résultat renforce le profil des ordinateurs quantiques photoniques, qui n'ont pas toujours reçu autant d'attention que d'autres technologies, explique le physicien quantique Christian Weedbrook, PDG de Xanadu, une société torontoise spécialisée dans la construction d'ordinateurs quantiques photoniques. "Historiquement, la photonique a toujours été le cheval de bataille".
L'une des limites du Jiuzhang, note Weedbrook, est qu'il ne peut effectuer qu'un seul type de tâche, à savoir l'échantillonnage du boson. En revanche, l'ordinateur quantique de Google pourrait être programmé pour exécuter une variété d'algorithmes. Mais d'autres types d'ordinateurs quantiques photoniques, dont celui de Xanadu, sont programmables.
La démonstration de la suprématie quantique avec un autre type d'appareil révèle la rapidité avec laquelle l'informatique quantique progresse, explique M. Sciarrino. "Le fait que les deux plates-formes différentes soient maintenant capables d'atteindre ce régime montre que l'ensemble du domaine progresse de manière très mature".
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Lien : https://youtu.be/h09hB2W44-I
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