Couverture nature : Les ordinateurs quantiques sont encore à deux ans des applications pratiques

IBM a annoncé que les ordinateurs quantiques seront mis en service d'ici deux ans au plus tôt !

L'équipe IBM a réussi à simuler le comportement d'un matériau magnétique sur son processeur quantique Eagle.

Cela indique que le plus grand obstacle à l’application pratique de l’informatique quantique a été résolu.

△Ordinateur quantique équipé d'une puce "Eagle"

Cet obstacle est appelé "bruit quantique" et provoquera des erreurs dans les résultats de calcul.

L'équipe de recherche a mesuré le bruit de chaque qubit du processeur un par un et a déduit l'état du système sans bruit.

Sur la base d'observations et de spéculations, l'équipe a développé une nouvelle technologie « d'atténuation des erreurs ».

Grâce à cette technologie, l'équipe a réalisé avec succès une opération complexe sur le processeur Eagle de 127 qubits.

Sarah Sheldon, directrice principale du département R&D quantique d'IBM, a déclaré que nous pouvons commencer à imaginer utiliser des ordinateurs quantiques pour résoudre des problèmes auparavant insolubles.

L'article concerné a été publié dans le dernier numéro de Nature et est apparu en couverture.

Ce résultat de recherche a également été présenté dans le dernier numéro de Nature Podcast.

Dans l'émission, l'animateur a déclaré que la décision d'IBM était "très courageuse" mais qu'elle "avait également des preuves concluantes" alors que l'informatique quantique n'était pas optimiste.

Plus tard cette année, IBM lancera également la puce Condor de 1121 qubits.

Si vous ne pouvez pas éliminer le bruit, annulez-le simplement.

En raison de l'existence de l'effet d'intrication quantique, les quanta existent non seulement de deux manières : 0 et 1, mais aussi dans leurs états de superposition.

Cela rend l'efficacité des opérations quantiques théoriquement nettement supérieure à celle des ordinateurs traditionnels qui n'ont que deux états : 0 et 1.

Mais en fait, les ordinateurs quantiques n’ont pas été mis en application pratique.

La raison est un peu sans voix : bien que l'informatique quantique soit rapide, le taux d'erreur est également très élevé.

Le coupable de l'erreur est le bruit quantique.

Selon le principe d'incertitude de Heisenberg, l'environnement est constamment plein d'énergie fluctuante et elle ne peut pas être éliminée même si la température est aussi basse que le zéro absolu.

Les fluctuations incessantes des particules quantiques les amènent à se rassembler et à entrer en collision les unes avec les autres. C'est la source du bruit quantique.

Pour un seul quantum, l'erreur provoquée par le bruit ne peut pas être élevée (moins de 1 %).

Mais un ordinateur quantique est un système complexe composé d'un grand nombre de quanta, et les erreurs générées par chaque quantum deviennent non négligeables après superposition.

En plus de résoudre le problème du bruit quantique, IBM estime qu'il est également nécessaire de s'assurer que le processeur quantique a une certaine échelle et vitesse de calcul.

Le processus d'élimination du bruit quantique est appelé correction d'erreur quantique. La méthode consiste à décrire un qubit avec plus de qubits afin que les erreurs puissent être corrigées.

Mais le défaut de cette idée est évident : nous ne pouvons tout simplement pas contrôler autant de qubits.

Par conséquent, pour le bruit quantique, la méthode couramment utilisée consiste désormais à compenser son influence plutôt que de l’éliminer directement.

La méthode d'annulation traditionnelle consiste à surveiller les informations d'erreur en temps réel et à établir un algorithme d'annulation. Cependant, à mesure que le nombre de qubits augmente, des goulots d'étranglement en termes de performances apparaissent également.

L'équipe IBM a développé une nouvelle méthode de compensation pour contourner ce goulot d'étranglement.

Au cœur de cette méthode se trouvent deux technologies clés : l'étirement d'impulsion (Pulse Stretching) et l'extrapolation sans bruit (Zero Noise Extrapolation).

L'étirement des impulsions amplifie les erreurs quantiques en prolongeant le temps de fonctionnement de chaque qubit, ce qui est plus propice à l'observation.

Dans cette démarche, IBM a adopté le modèle d'Ising couramment utilisé en physique.

L'hypothèse la plus fondamentale est que les interactions n'existent qu'entre les spins des voisins les plus proches.

Spécifiquement pour ce projet, la disposition des qubits est la base pour définir la disposition du réseau modèle.

Malgré la même disposition, le modèle Ising existe indépendamment du matériel du processeur.

L'extrapolation sans bruit consiste à établir un modèle de fonction basé sur les informations d'erreur collectées après amplification à différents ratios (la quantité de collecte est bien inférieure à la méthode traditionnelle).

La valeur du point zéro est extrapolée sur la base du modèle de fonction, qui est le résultat du calcul lorsqu'il n'y a pas d'erreur.

Bien qu'il existe encore certaines limitations, le processeur quantique, après avoir ainsi compensé certaines erreurs, peut déjà effectuer certaines opérations.

L'équipe IBM a envoyé ses résultats à l'Université de Californie à Berkeley pour évaluation et comparaison avec leurs supercalculateurs.

Les résultats montrent que les résultats de calcul de l'ordinateur quantique piloté par puce Eagle sont beaucoup plus proches des valeurs réelles que ceux des ordinateurs traditionnels.

Cependant, les chercheurs d'IBM ont souligné que l'utilisation de cette méthode de compensation pour éliminer l'impact du bruit n'est qu'une stratégie à court terme.

IBM augmente également progressivement le nombre de qubits contenus dans ses processeurs.

Selon les chercheurs, des processeurs de plus de 100 000 qubits seront fabriqués d'ici 2033, date à laquelle les erreurs quantiques seront fondamentalement résolues.

Adresse papier : https://www.nature.com/articles/s41586-023-06096-3

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