Ordinateurs quantiques : supérieurs, mon cul!
En 2019, Google a annoncé que sa puce quantique "Sycamore" avait pour la première fois résolu un problème plus rapidement qu'un ordinateur classique. Des chercheurs chinois viennent de résoudre le problème sans utiliser de quantum sur un ordinateur classique.
En 2019, Google a ouvert la course à l'ordinateur quantique. Pour la première fois, l'équipe du Google Quantum AI Lab a annoncé dans la revue "Nature" qu'une puce quantique avait résolu une tâche de calcul spécifique en 200 secondes, ce qui aurait pris 10 000 ans au meilleur superordinateur du monde. Les journaux du monde entier avaient alors titré "Google surpasse les superordinateurs" et "Preuve de la supériorité quantique". Même "Spektrum" s'interrogeait : "Le moment Spoutnik de la physique quantique?".
Maintenant, des scientifiques chinois ont effectué le même calcul en quelques heures avec des processeurs ordinaires. Un vrai superordinateur, écrivent-ils dans un article déjà disponible sur le serveur de prépublications ArXiv et qui paraît maintenant dans les "Physical Review Letters", pourrait même résoudre le problème en quelques secondes et dépasser de loin la puce quantique "Sycamore" de Google. Adieu à la supériorité quantique !
Les promesses de la technologie sont intactes
Ce nouvel algorithme enlève au moins un peu de lustre aux affirmations de Google, a déclaré Greg Kuperberg, mathématicien à l'Université de Californie à "Science" : "Des chercheurs d'IBM avaient déjà mis en doute l'affirmation selon laquelle il fallait 10 000 ans à un superordinateur pour effectuer un calcul. En vérifiant leur calcul, leurs collègues n'avaient pas correctement exploité les capacités du supercalculateur "Summit" des laboratoires nationaux d'Oak Ridge, écrivaient-ils. Cependant, les auteurs du papier sont aussi des concurrents directs des employés de Google.
En tout cas, les promesses de la technologie restent intactes. Partout dans le monde, des écosystèmes de recherche sur l'informatique quantique voient le jour. Les start-ups poussent comme des champignons et des entreprises comme Google ou IBM rivalisent d'ingéniosité pour connecter davantage de qubits sur une puce. Seul un "problème" pratique n'a pas encore été résolu.
En effet, le problème résolu par Sycamore en 2019 était lui aussi conçu de manière à ce que la solution soit extrêmement difficile pour un ordinateur conventionnel, mais aussi facile que possible pour un ordinateur quantique. Pour simplifier, le test consistait en un calcul totalement inutile pour des nombres aléatoires complexes. Les chercheurs de Google ont fait exécuter à un circuit de qubits couplés, l'équivalent des bits classiques en mécanique quantique, de nombreuses opérations arithmétiques choisies au hasard, ont répété la séquence des millions de fois et ont enregistré les résultats. Pour comparer, ils ont simulé le tout sur un superordinateur classique.
Comme les qubits, contrairement aux bits d'un ordinateur ordinaire, peuvent non seulement prendre les états 0 et 1, mais aussi rester dans une superposition de ces états, les 53 qubits de la puce Sycamore permettent une représentation parallèle de 253 états.
En partant du principe que tous les qubits étaient initialement mis à 0, les chercheurs de Google ont fait cracher plusieurs millions de fois une séquence aléatoire à la puce quantique, en lui faisant effectuer 20 opérations de calcul aléatoires à chaque fois. Ils ont ensuite lu l'état des qubits. En gros, des ondes quantiques, qui représentent initialement tous les résultats possibles, ont circulé entre les qubits. Les interactions entre les qubits ont créé des interférences qui ont amplifié certains résultats et en ont effacé d'autres. Pour cette raison, certains résultats ont plus de chances de se produire que d'autres. La probabilité d'une seule séquence de nombres ne peut être déterminée qu'après d'innombrables passages. Une distribution de probabilité caractéristique a finalement été obtenue.
Les ordinateurs classiques qui simulent le circuit doivent tester laborieusement chaque séquence imaginable d'étapes de calcul. Plus le nombre de qubits est élevé, plus le travail à accomplir est important. La limite théoriquement prévue est d'environ 48 qubits. Pour un ordinateur quantique, en revanche, le temps de calcul reste gérable, car une fois que les opérations de calcul ont été effectuées, il peut produire un résultat aléatoire unique pratiquement en appuyant sur un bouton.
«Das Google-Experiment hat getan, was es tun sollte, nämlich dieses Rennen zu starten»
Les chercheurs chinois dirigés par le physicien théoricien Pan Zhang ont maintenant représenté le problème de 2019 sous la forme d'un grand réseau tridimensionnel de ce qu'ils appellent des tenseurs. Ce réseau est composé de 20 couches - une pour chaque opération de calcul que Sycamore a effectuée à l'époque. Et chaque couche est composée de 53 points - un pour chacun des 53 qubits. L'exécution de la simulation se limitait alors essentiellement à la multiplication de tous les tenseurs. Le calcul a duré 15 heures sur 512 GPU et a effectivement fourni la distribution de probabilité attendue. Sur un superordinateur, écrivent Zhang et ses collègues, le calcul ne prendrait même que quelques dizaines de secondes, soit dix milliards de fois plus vite que ce que l'équipe de Google avait estimé en 2019.
Il fallait s'attendre à ce que la recherche sur les ordinateurs classiques et la recherche de meilleurs algorithmes ne s'arrêtent pas là. L'important serait maintenant de trouver enfin des applications pratiques pour démontrer l'avantage quantique. Ou comme Dominik Hangleiter, physicien quantique à l'Université du Maryland, l'a dit à "Science" : "L'expérience de Google a fait ce qu'elle devait faire, à savoir lancer cette course". En revanche, on ne sait pas encore qui l'emportera au final et développera un véritable ordinateur quantique universel.
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