Une puce quantique accomplit en quelques microsecondes une tâche qui prendrait 9 000 ans à un superordinateur
Une puce quantique accomplit en quelques microsecondes une tâche qui prendrait 9 000 ans à un superordinateur
le fabricant de la puce revendique un avantage quantique
La société canadienne Xanadu Quantum Technologies a annoncé récemment avoir réalisé une percée "majeure" avec un nouveau dispositif capable de surpasser n'importe quel superordinateur dans le monde pour une tâche particulière. Xanadu a annoncé qu'elle a conçu une puce quantique nommée Borealis qui a atteint un "avantage quantique", fournissant un résultat rapide qui va au-delà de la capacité actuelle des systèmes informatiques traditionnels. Borealis aurait réalisé en seulement 36 millionièmes de seconde une tâche qui prendrait en moyenne 9 000 ans à un superordinateur.
Les percées dans le domaine des ordinateurs quantique semblent se succéder sans cesse, mais la technologie peine à trouver son public. L'exploit de la société Xanadu est le dernier en date à démontrer la puissance de l'informatique quantique par rapport aux ordinateurs conventionnels, une idée apparemment simple que l'on appelle la suprématie quantique. En théorie, ce concept est logique. Contrairement aux ordinateurs classiques, qui calculent en séquence à l'aide de bits binaires - 0 ou 1 -, les dispositifs quantiques exploitent la complexité du monde quantique, où 0 et 1 peuvent exister en même temps avec des probabilités différentes.
Les données sont traitées dans des qubits, une unité qui effectue simultanément de multiples calculs grâce à leur physique unique. En gros, un ordinateur quantique est comme "un ordinateur multitâche très efficace", alors que les ordinateurs classiques sont beaucoup plus linéaires. Lorsqu'on lui soumet la même tâche, un ordinateur quantique devrait être capable de surpasser n'importe quel superordinateur, quel que soit le problème, en matière de vitesse et d'efficacité. La suprématie quantique a été le moteur de la promotion d'une nouvelle génération d'ordinateurs totalement étrangers à tout ce qui a été fait auparavant.
Baptisé "Borealis", le QPU ("quantum processing units" ou "quantum chip") de Xanadu aurait accompli la tâche de calcul tournant autour de l'échantillonnage du boson gaussien (GBS - "gaussian boson sampling") en seulement 36 microsecondes. Selon un article publié dans la revue scientifique Nature par les chercheurs de Xanadu, à l'échelle humaine, les algorithmes et les superordinateurs d'aujourd'hui - les systèmes de calcul classiques les plus performants - mettraient environ 9 000 ans pour accomplir la même tâche. Néanmoins, cela suffit à l'équipe pour revendiquer le badge d'honneur convoité de la suprématie quantique.
L'échantillonnage de bosons gaussiens est un modèle de calcul quantique photonique qui a attiré l'attention en tant que plateforme pour la construction de dispositifs quantiques capables d'effectuer des tâches hors de portée des dispositifs classiques. Malheureusement, il n'y a pas d'utilisation pratique de la charge de travail GBS ; c'est l'un des repères possibles pour tester les performances des solutions de traitement quantique par rapport aux ordinateurs classiques, un espace qui regorge encore de tentatives de normalisation des repères de la part d'acteurs de l'informatique quantique tels qu'IBM.
Le QPU Borealis utilise des photons - plutôt que des matériaux supraconducteurs ou des ions - pour le calcul. Ce procédé est récent et encore peu exploré. À l'heure actuelle, les QPU utilisent majoritairement des qubits issus de points quantiques en silicium, de supraconducteurs topologiques, d'ions piégés et d'autres technologies. Mais les chercheurs s'attendent à ce que les solutions d'informatique quantique basées sur la photonique constituent en fin de compte le moyen le plus efficace de faire évoluer les performances des ordinateurs quantiques. Ils expliquent qu'elle présente un énorme avantage : elle est programmable.
Cela est principalement dû aux avantages du multiplexage dans le domaine temporel, qui permet à plusieurs flux de données indépendants de circuler simultanément, en étant masqués comme un seul signal plus complexe. « Les expériences précédentes reposaient généralement sur des réseaux statiques dans lesquels chaque composant est fixé une fois fabriqué. La flexibilité de la puce provient d'une mise à jour ingénieuse de la conception, un schéma innovant offrant un contrôle impressionnant et un potentiel de mise à l'échelle », explique le Dr Daniel Jost Brod de l'université fédérale Fluminense de Rio de Janeiro, au Brésil, qui n'a pas participé à l'étude.
Xanadu a réussi à placer 219 qubits à base de photons dans le QPU Borealis - bien que la nature programmable des portes signifie que ce nombre n'est pas fixe, et le nombre moyen de photons actifs était de 129. C'est toujours plus que l'actuel QPU Eagle d'IBM, qui comporte 127 qubits, mais la feuille de route de la société prévoit d'introduire son QPU Osprey, qui contient jusqu'à 433 qubits transmon supraconducteurs d'IBM, plus tard cette année. Les performances quantiques de Borealis sont également dues au fait que les chercheurs ont conçu leur système avec une programmabilité dynamique sur toutes les portes quantiques mises en œuvre.
Ce circuit de base permet d'effectuer des opérations quantiques en utilisant un nombre variable de qubits. L'aspect programmable des portes quantiques de Borealis débloque ainsi une architecture de type FPGA que l'on peut reconfigurer en fonction de la tâche à accomplir. Les chercheurs se sont en outre assurés que les solutions calculées pour la tâche GBS étaient correctes, ce qui devrait trancher le débat sur l'existence ou non d'un avantage quantique. Xanadu doit maintenant continuer à développer sa solution, en présentant des résultats très prometteurs. À terme, elle devra également convertir Borealis en une solution commercialisable.
Toutefois, les chercheurs peuvent déjà faire tourner le QPU dans le cloud de Xanadu et sur Amazon Braket. « C'est ce que nous trouvons vraiment génial dans ce projet. Beaucoup de ces percées sont ce dont nous avons besoin pour arriver à un ordinateur quantique qui soit utile aux clients », a déclaré Christian Weedbrook, fondateur et directeur général de Xanadu. Selon les analystes, les résultats sont de bon augure non seulement pour l'avenir de la photonique, mais aussi pour l'informatique quantique basée sur la photonique. Elle devrait être l'une des technologies à examiner jusqu'à l'explosion prévue des capacités de l'informatique quantique.
Cette dernière étant attendue d'ici 2030. En ce qui concerne les autres développements récents en informatique quantique, des chercheurs de l'université du Pays de Galles du Sud (UNSW) ont fait un grand pas en avant en janvier dernier pour prouver que l'informatique quantique presque sans erreur est possible. Ils ont fourni un dispositif qui a entrepris des opérations sans erreur à 99 %. Entre-temps, le mois de novembre 2021 a vu deux percées majeures en matière d'informatique quantique.
Tout d'abord, le Consortium américain de développement économique quantique a révélé les résultats d'expériences d'étalonnage qui ont démontré comment une méthode avancée de suppression des erreurs a augmenté la probabilité de succès des algorithmes d'informatique quantique sur du matériel réel d'un pourcentage sans précédent de 2 500 %.
Ensuite, des ingénieurs de l'université de Stanford ont fait la démonstration d'une nouvelle conception, plus simple, mais plus avancée, d'un ordinateur quantique qui pourrait aider les versions pratiques de la machine à devenir enfin une réalité. Dans ce nouveau modèle, un seul atome s'enchevêtre avec une série de photons, ce qui lui permet de traiter et de stocker davantage d'informations, ainsi que de fonctionner à température ambiante.
Sources : Xanadu, Rapport de l'étude
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Envoyé par Bill Fassinou
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