Des chercheurs tracent l’avenir de l’utilisation de l’informatique quantique en physique des particules

Des experts du CERN, DESY, IBM Quantum et d’autres ont publié un livre blanc identifiant les activités en physique des particules qui pourraient bénéficier de l’application des technologies de l’informatique quantique

La semaine dernière, des chercheurs ont publié un important livre blanc identifiant les activités en physique des particules où les technologies informatiques quantiques en plein essor pourraient être appliquées. L’article, rédigé par des experts du CERN, de DESY, d’IBM Quantum et de plus de 30 autres organisations, est désormais disponible sous forme de prépublication sur arXiv.

Alors que les technologies d’informatique quantique s’améliorent rapidement, l’article indique où elles pourraient être appliquées dans la physique des particules afin d’aider à relever les défis informatiques liés non seulement à l’ambitieux programme de mise à niveau du Large Hadron Collider, mais également à d’autres collisionneurs et expériences à faible énergie dans le monde entier. .

Le document a été produit par un groupe de travail mis en place lors de la première conférence du genre « QT4HEP », qui s’est tenue au CERN en novembre dernier. Au cours des huit derniers mois, les 46 membres de ce groupe de travail ont travaillé dur pour identifier les domaines où les technologies de l’informatique quantique pourraient apporter une aubaine significative.

Les domaines identifiés concernent à la fois la physique théorique et expérimentale des particules. L’article cartographie ensuite ces domaines en « formulations de problèmes » en informatique quantique. Il s’agit d’une étape importante pour s’assurer que la communauté de la physique des particules est bien placée pour bénéficier du potentiel énorme des nouveaux ordinateurs quantiques révolutionnaires lorsqu’ils seront mis en ligne.

« L’informatique quantique est très prometteuse, mais tous les problèmes de physique des particules ne sont pas adaptés à ce mode de calcul », déclare Alberto Di Meglio, responsable de l’Initiative de technologie quantique du CERN (CERN QTI) et l’un des principaux auteurs de l’article, aux côtés de Karl de DESY. Jansen et Ivano Tavernelli d’IBM Quantum. « Il est important de s’assurer que nous sommes prêts et que nous pouvons identifier avec précision les domaines où ces technologies ont le potentiel d’être les plus utiles pour notre communauté. »

En ce qui concerne la physique théorique des particules, les auteurs ont identifié des domaines prometteurs liés à l’évolution des états quantiques, à la théorie du réseau de jauge, aux oscillations des neutrinos et aux théories quantiques des champs en général. Les applications envisagées incluent la dynamique quantique, les algorithmes hybrides quantiques/classiques pour les problèmes statiques en théorie de jauge sur réseau, l’optimisation et la classification.

Sur le plan expérimental, les auteurs ont identifié des domaines liés à la reconstruction des jets et des trajectoires, à l’extraction de signaux rares, aux problèmes du modèle standard pour et au-delà, aux gerbes de partons et à la simulation d’expériences. Ceux-ci sont ensuite mis en correspondance avec des problèmes de classification, de régression, d’optimisation et de génération.

Les membres du groupe de travail à l’origine de ce document vont maintenant commencer le processus de sélection de cas d’utilisation spécifiques parmi les activités énumérées dans le document à poursuivre grâce à la participation du CERN et de DESY au réseau IBM Quantum et à la collaboration avec IBM Quantum, sous son  » Défi 100×100. » IBM Quantum est un collaborateur de longue date du CERN QTI et du Centre pour les technologies et applications quantiques (CQTA) de DESY.

Le défi 100×100 d’IBM verra la société fournir un outil capable de calculer des observables non biaisés de circuits avec 100 qubits et des opérations de porte de profondeur 100 en 2024. Cela offrira un banc d’essai important pour faire avancer des cas d’utilisation prometteurs sélectionnés à la fois de la physique des particules et d’autres domaines de recherche .