Imaginez un monde dans lequel des calculs complexes qui prennent actuellement des mois à être résolus par nos meilleurs supercalculateurs pourraient être effectués en quelques minutes. L’informatique quantique révolutionne notre monde numérique. Dans un article de recherche publié dans Informatique intelligenteles chercheurs ont dévoilé une approche de conception de protocole automatisée qui pourrait libérer la puissance de calcul des dispositifs quantiques plus tôt que prévu.
L’avantage informatique quantique représente une étape cruciale dans le développement des technologies quantiques. Cela signifie la capacité des ordinateurs quantiques à surpasser les superordinateurs classiques dans certaines tâches. Obtenir un avantage informatique quantique nécessite des protocoles spécialement conçus. L’échantillonnage aléatoire de circuits, par exemple, a donné des résultats prometteurs lors d’expériences récentes.
Un problème à prendre en compte lors des tentatives d’utilisation de l’échantillonnage de circuits aléatoires est que la structure d’un circuit quantique aléatoire doit être soigneusement conçue pour élargir l’écart entre l’informatique quantique et la simulation classique. Pour relever ce défi, les chercheurs He-Liang Huang, Youwei Zhao et Chu Guo ont développé une approche de conception de protocole automatisée pour déterminer le circuit quantique aléatoire optimal dans les expériences d’avantage informatique quantique.
L’architecture du processeur quantique utilisée pour les expériences d’échantillonnage de circuits aléatoires utilise des modèles de portes à 2 qubits. La porte à 2 qubits réalise l’interaction entre les deux qubits en agissant sur les états des deux qubits, construisant ainsi un circuit quantique et réalisant l’informatique quantique.
Il est nécessaire de maximiser le coût de la simulation classique pour garantir que les performances supérieures de l’informatique quantique soient pleinement exploitées lors de l’exécution des calculs. Cependant, déterminer la conception optimale du circuit quantique aléatoire pour maximiser le coût de la simulation classique n’est pas simple.
Trouver le circuit quantique aléatoire optimal nécessite d’abord d’épuiser tous les modèles possibles, puis d’estimer le coût de simulation classique pour chacun d’eux et de sélectionner celui ayant le coût le plus élevé. Le coût de la simulation classique dépend fortement de l’algorithme utilisé, mais l’algorithme traditionnel présente actuellement la limite du temps d’estimation trop long.
La nouvelle méthode proposée par les auteurs utilise l’algorithme de Schrödinger-Feynman. Cet algorithme divise le système en deux sous-systèmes et représente leurs états quantiques sous forme de vecteurs d’état. Le coût de l’algorithme est déterminé par l’intrication générée entre les deux sous-systèmes. L’évaluation de la complexité à l’aide de cet algorithme nécessite beaucoup moins de temps et les avantages deviennent plus évidents à mesure que la taille du circuit quantique aléatoire augmente.
Les auteurs ont prouvé expérimentalement l’efficacité du circuit quantique aléatoire obtenu par la méthode proposée par rapport à d’autres algorithmes. Cinq circuits quantiques aléatoires ont été générés dans le processeur quantique Zuchongzhi 2.0, chacun avec une complexité d’algorithme de Schrödinger-Feynman différente. Les résultats expérimentaux montrent que les circuits plus complexes ont également des coûts plus élevés.
La rivalité entre l’informatique classique et l’informatique quantique devrait prendre fin d’ici une décennie. Cette nouvelle approche maximise la puissance de calcul de l’informatique quantique sans imposer de nouvelles exigences au matériel quantique. De plus, la principale raison pour laquelle cette nouvelle approche permet d’obtenir des circuits quantiques aléatoires avec des coûts de simulation classiques plus élevés pourrait être la croissance plus rapide de l’intrication quantique.
À l’avenir, la compréhension de ce phénomène et de la physique sous-jacente pourrait aider les chercheurs à explorer des applications pratiques à l’aide d’expériences d’avantage quantique.
Plus d’information:
He-Liang Huang et al, Comment concevoir un circuit quantique aléatoire classiquement difficile pour des expériences d’avantage informatique quantique, Informatique intelligente (2024). DOI : 10.34133/icomputing.0079