Un nouvel ordinateur quantique, le H2-1 de 56 qubits, a surpassé le record de suprématie quantique établi par Google en 2019, multipliant par 100 les performances et consommant 30 000 fois moins d'énergie. Développé par Quantinuum, ce dispositif a obtenu un score XEB de 0,35, indiquant une précision de 35 % dans les résultats sans erreur, contre 0,002 pour la machine Sycamore de Google. Une étude met en lumière des avancées significatives vers des ordinateurs quantiques universels tolérants aux pannes, avec un taux d'erreur considérablement réduit grâce à des « qubits logiques ». Ces progrès suggèrent que la réalisation pratique de la suprématie quantique pourrait être plus proche que prévu.Le point où les ordinateurs quantiques dépassent les ordinateurs classiques est connu sous le nom de « suprématie quantique », mais pour atteindre cette étape de manière pratique, il faudrait un ordinateur quantique doté de millions de qubits. La plus grande machine actuelle ne possède qu'environ 1 000 qubits. À l'aide du nouvel ordinateur H2-1 de 56 qubits, les scientifiques de la société Quantinuum, spécialisée dans l'informatique quantique, ont mené diverses expériences pour évaluer les niveaux de performance de la machine et la qualité des qubits utilisés. Ils ont publié leurs résultats le 4 juin.
La raison pour laquelle nous aurions besoin d'autant de qubits pour la « suprématie quantique » est qu'ils sont intrinsèquement sujets aux erreurs, et qu'il en faudrait donc beaucoup pour corriger ces erreurs. C'est pourquoi de nombreux chercheurs s'attachent aujourd'hui à construire des qubits plus fiables, plutôt que de simplement ajouter des qubits aux machines.
Quantinuum H2-1 établit un nouveau standard de fidélité en informatique quantique
L'équipe de Quantinuum a testé la fidélité des résultats de H2-1 à l'aide de ce que l'on appelle le test d'entropie croisée linéaire (XEB). XEB produit des résultats compris entre 0 (aucune sortie sans erreur) et 1 (absence totale d'erreur), ont indiqué les représentants de Quantinuum dans un communiqué. « Le premier semestre 2024 restera comme la période où nous nous sommes débarrassés des derniers vestiges de la culture de l'attentisme qui a dominé l'industrie de l'informatique quantique. Grâce à une série de réalisations récentes, nous avons contribué à faire entrer l'ensemble du secteur de l'informatique quantique dans une nouvelle ère, postclassique.
Nous annonçons aujourd'hui la dernière de ces réalisations : une amélioration majeure du nombre de qubits de notre ordinateur quantique phare, le modèle H2, qui passe de 32 à 56 qubits. Nous révélons également les résultats significatifs des travaux menés avec notre partenaire JPMorgan Chase & Co. qui mettent en évidence une augmentation significative des performances », Quantinuum.
La collaboration entre Quantinuum, JPMorgan Chase & Co. et des chercheurs de Caltech et d'Argonne National Lab a porté sur un algorithme bien connu, le Random Circuit Sampling (RCS), et a mesuré la qualité des résultats à l'aide d'une série de tests, dont le benchmark de l'entropie croisée linéaire (XEB) - une approche rendue célèbre pour la première fois par Google en 2019 dans le but de démontrer la « suprématie quantique ». Un score XEB proche de 0 indique que vos résultats sont bruyants - et n'utilisent pas tout le potentiel de l'informatique quantique. En revanche, plus le score XEB est proche de 1, plus vos résultats démontrent la puissance de l'informatique quantique.
Les scientifiques de Google ont testé pour la première fois l'ordinateur quantique Sycamore de l'entreprise à l'aide de XEB en 2019, démontrant qu'il pouvait effectuer en 200 secondes un calcul qui aurait pris 10 000 ans au superordinateur le plus puissant de l'époque. Ils ont obtenu un résultat XEB d'environ 0,002 avec les 53 qubits supraconducteurs intégrés à Sycamore.
Les résultats de Quantinuum montrent à quel point le matériel quantique a progressé depuis la démonstration initiale de Google. À l'origine, les chercheurs ont exécuté des circuits sur 53 qubits supraconducteurs qui étaient suffisamment profonds pour contrarier gravement les simulations classiques de haute fidélité de l'époque, obtenant un score XEB estimé à ~0,002. Bien qu'ils aient montré que cette petite valeur était statistiquement incompatible avec zéro, les améliorations apportées aux algorithmes classiques et au matériel ont régulièrement augmenté les scores XEB réalisables par les ordinateurs classiques, au point que ces derniers peuvent désormais obtenir des scores similaires à ceux de Google sur leurs circuits d'origine.
Mais dans la nouvelle étude, les scientifiques de Quantinuum - en partenariat avec JPMorgan, Caltech et Argonne National Laboratory - ont obtenu un résultat XEB d'environ 0,35. Cela signifie que l'ordinateur quantique H2 peut produire des résultats sans commettre d'erreur dans 35 % des cas.
Envoyé par Quantinuum
Des preuves empiriques de l'écart entre les puissances de calcul des ordinateurs classiques et quantiques ont été fournies par des expériences qui échantillonnent les distributions de sortie de circuits quantiques bidimensionnels. De nombreuses tentatives pour combler cet écart ont utilisé des simulations classiques basées sur des techniques de réseaux tensoriels, et leurs limites mettent en lumière les améliorations à apporter au matériel quantique pour contrecarrer la simulabilité classique. En particulier, les ordinateurs quantiques ayant plus de ∼50 qubits sont principalement vulnérables à la simulation classique en raison des restrictions sur la fidélité de leurs portes et leur connectivité, cette dernière déterminant le nombre de portes nécessaires (et donc l'infidélité subie) pour générer des états hautement enchevêtrés.
Nous décrivons ici les récentes améliorations matérielles apportées à l'ordinateur quantique H2 de Quantinuum, qui lui permettent d'utiliser jusqu'à 56 qubits avec une connectivité arbitraire et une fidélité de porte de 99,843(5)% pour deux qubits. En utilisant la connectivité flexible de H2, nous présentons des données provenant de l'échantillonnage de circuits aléatoires dans des géométries hautement connectées, avec des fidélités sans précédent et à une échelle qui semble dépasser les capacités des algorithmes classiques de pointe. La difficulté considérable de la simulation classique de H2 n'est probablement limitée que par le nombre de qubits, ce qui démontre la promesse et l'évolutivité de l'architecture QCCD dans le cadre des progrès continus réalisés dans la construction de machines plus grandes.
Nous décrivons ici les récentes améliorations matérielles apportées à l'ordinateur quantique H2 de Quantinuum, qui lui permettent d'utiliser jusqu'à 56 qubits avec une connectivité arbitraire et une fidélité de porte de 99,843(5)% pour deux qubits. En utilisant la connectivité flexible de H2, nous présentons des données provenant de l'échantillonnage de circuits aléatoires dans des géométries hautement connectées, avec des fidélités sans précédent et à une échelle qui semble dépasser les capacités des algorithmes classiques de pointe. La difficulté considérable de la simulation classique de H2 n'est probablement limitée que par le nombre de qubits, ce qui démontre la promesse et l'évolutivité de l'architecture QCCD dans le cadre des progrès continus réalisés dans la construction de machines plus grandes.
Quantinuum a pu exécuter des circuits sur les 56 qubits de H2-1 qui sont suffisamment profonds pour défier une simulation classique de haute fidélité tout en obtenant un score XEB estimé à ~0,35. Cette amélioration de plus de 100 fois implique ce qui suit : même pour des circuits suffisamment grands et complexes pour déjouer toutes les méthodes de simulation classique connues, l'ordinateur quantique H2 produit des résultats sans commettre la moindre erreur dans environ 35 % des cas. Contrairement aux annonces passées associées aux expériences XEB, 35 % est un pas significatif vers la limite idéalisée de 100 % de fidélité dans laquelle l'avantage informatique des ordinateurs quantiques est clairement en vue.
Il est possible d'établir une comparaison directe entre le temps nécessaire à H2-1 pour effectuer une RCS et le temps nécessaire à un superordinateur classique. Cependant, les simulations classiques de RCS peuvent être rendues plus rapides en construisant un superordinateur plus grand (ou en répartissant la charge de travail sur plusieurs superordinateurs existants). Une comparaison plus solide consiste à prendre en compte la quantité d'énergie qui doit être dépensée pour effectuer la RCS sur H2-1 ou sur du matériel informatique classique, qui contrôle en fin de compte le coût réel de l'exécution de la RCS.
Une analyse basée sur l'algorithme classique connu le plus efficace pour la RCS et la consommation d'énergie des principaux superordinateurs indique que H2-1 peut effectuer la RCS à 56 qubits avec une réduction de la consommation d'énergie estimée à 30 000 fois. Ces premiers résultats devraient être considérés comme très intéressants pour les propriétaires de centres de données et les installations de supercalculateurs qui cherchent à ajouter des ordinateurs quantiques en tant qu'« accélérateurs » pour leurs utilisateurs.
« Nous nous concentrons entièrement sur la voie des ordinateurs quantiques universels à tolérance de panne. Cet objectif n'a pas changé, mais ce qui a changé au cours des derniers mois, c'est la preuve évidente des avancées qui ont été rendues possibles grâce au travail et à l'investissement réalisés pendant de très nombreuses années. Ces résultats montrent que si les avantages des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes n'ont pas changé de nature, ils pourraient être atteints plus tôt que prévu et, surtout, que nos clients en tireront des avantages tangibles dans leurs activités quotidiennes, car les ordinateurs quantiques commencent à fonctionner d'une manière qui n'est pas simulable classiquement. Quelques mois passionnants nous attendent pour dévoiler certaines des applications qui commenceront à compter dans ce contexte avec nos partenaires dans un certain nombre de secteurs », Ilyas Khan, directeur général des produits.
Il est important de noter que l'étude de Quantinuum n'a pas encore été revue par les pairs, ce qui signifie que les résultats doivent être interprétés avec prudence jusqu'à ce qu'ils soient validés par la communauté scientifique. De plus, bien que le score XEB de 0,35 soit une amélioration notable par rapport aux 0,002 obtenus par Google, la réalisation pratique de la suprématie quantique nécessite encore de surmonter des défis importants, notamment la réduction des taux d'erreur et l'augmentation du nombre de qubits.
Les progrès de Quantinuum dans la création de qubits logiques avec un taux d'erreur beaucoup plus faible sont prometteurs et pourraient rapprocher la réalisation d'ordinateurs quantiques tolérants aux pannes. Cela pourrait transformer des domaines tels que la cryptographie, la simulation de matériaux et l'optimisation complexe. Cependant, il est crucial de rester conscient que la comparaison avec les résultats de Google doit prendre en compte les améliorations des algorithmes classiques et du matériel, qui ont permis aux ordinateurs classiques de réaliser des scores XEB similaires à ceux obtenus par Sycamore en 2019. Cela souligne que la course à la suprématie quantique est un domaine dynamique et en constante évolution, où les avancées sont continues et les défis persistants.
Source : Quantinuum
Et vous ?
Quel est votre avis sur ce sujet ? Que pensez-vous de l'informatique quantique ? S'agit-il d'une technologie disruptive ? Les attentes vis-à-vis de l'informatique quantique sont-elles exagérées ? Pourquoi ? Quels sont les domaines dans lesquels elle pourrait susciter une véritable révolution ? Quelles sont les implications éthiques et sociétales de la course à la suprématie quantique, notamment en termes de sécurité des données et de cybersécurité, étant donné que les systèmes cryptographiques existants pourraient être potentiellement vulnérables aux algorithmes quantiques avancés ?Voir aussi :
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