La "suprématie quantique" selon Google sur un ordinateur portable classique ?

Publié par Adrien le 17/01/2021 à 09:00
Source: CEA
Un chercheur du CEA-Irig et ses partenaires ont démontré qu'un ordinateur quantique réel (et donc imparfait) est plusieurs millards de fois plus facile à simuler qu'un ordinateur quantique parfait ! Leur conclusion: avant de multiplier les bits quantiques, il est urgent d'améliorer leur fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...).


Prototype de processeur quantique de 16 qubits fabriqué par IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine...). IBM Research

Un ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques...) doit être extrêmement difficile à simuler par un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) traditionnel. Si ce n'est pas le cas, le premier n'a aucune utilité, il suffit d'utiliser le second. Le fonctionnement d'un ordinateur quantique parfait est incontestablement difficile à décrire en raison du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) gigantesque de ses degrés de liberté: les ressources classiques nécessaires augmentent en effet de manière exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus...) avec le nombre de bits quantiques (qubits).

Les embryons d'ordinateur quantique qui existent aujourd'hui ne sont cependant pas parfaits: leur "fidélité" décroît de façon exponentielle au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...). En 2019, Google (Google, Inc. est une société fondée le 7 septembre 1998 dans la Silicon Valley en Californie par...) a annoncé que son dispositif avait atteint la suprématie quantique, car il avait accompli en quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) une tâche qui demande environ 10 000 ans aux supercalculateurs les plus puissants.

Des chercheurs remettent en question cette assertion (Dans la langue française, le mot assertion (n,f) représente une vérité absolue : il...). Au lieu de tenter de simuler un ordinateur quantique parfait, ils ont cherché à simuler un véritable dispositif quantique, qui souffre de décohérence et d'imprécision. Pour cela, ils ont développé un algorithme qui utilise la "compression d'états quantiques": de même que la compression d'images peut réduire le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) de leur stockage au prix d'une perte de résolution, la compression d'états quantiques permet d'accélérer leur simulation de façon exponentielle, en échange d'une perte d'information, analogue à celle générée par la décohérence.

Ils démontrent que la simulation d'un ordinateur quantique (imparfait) sur un ordinateur portable (Un ordinateur portable, laptop (en Suisse) ou encore PC portable est un ordinateur personnel qui,...) donne des résultats similaires à ceux de l'expérience de Google, au moins pour certaines tâches. Avec un algorithme quelques milliards de fois plus rapide que celui de Google !

Ces résultats suggèrent que les ordinateurs quantiques actuels ne possèdent qu'une infime partie de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul que possèderait un ordinateur quantique parfait. Pour tendre vers cette puissance, il serait donc inutile d'augmenter le nombre de qubits, mieux vaudrait améliorer leur fidélité. Une tâche extrêmement ardue pour laquelle il n'existe pas de méthode systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour...).

Références:
What limits the simulation of quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) computers?, Phys. Rev. X
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