Une feuille de route pour l’avenir de la simulation quantique

Une feuille de route pour l’orientation future de la simulation quantique a été établie dans un article co-écrit à l’Université de Strathclyde.

Les ordinateurs quantiques sont des appareils extrêmement puissants avec une capacité de vitesse et de calcul bien au-delà de la portée de l’informatique classique ou binaire. Au lieu d’un système binaire de zéros et de uns, il fonctionne par superpositions, qui peuvent être des zéros, des uns ou les deux à la fois.

Le développement en constante évolution de l’informatique quantique a atteint le point d’avoir un avantage sur les ordinateurs classiques pour un problème artificiel. Il pourrait avoir des applications futures dans un large éventail de domaines. Une classe prometteuse de problèmes implique la simulation de systèmes quantiques, avec des applications potentielles telles que le développement de matériaux pour les batteries, la catalyse industrielle et la fixation de l’azote.

Le journal, publié en La nature, explore les possibilités à court et moyen terme de simulation quantique sur des plateformes analogiques et numériques pour aider à évaluer le potentiel de ce domaine. Il a été co-écrit par des chercheurs de Strathclyde, de l’Institut Max Planck d’optique quantique, de l’Université Ludwig Maximilians de Munich, du Centre de Munich pour la science et la technologie quantiques, de l’Université d’Innsbruck, de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne. des sciences et Microsoft Corporation.

Le professeur Andrew Daley, du département de physique de Strathclyde, est l’auteur principal de l’article. Il dit qu' »il y a eu beaucoup de progrès passionnants dans la simulation quantique analogique et numérique ces dernières années, et la simulation quantique est l’un des domaines les plus prometteurs du traitement de l’information quantique. Elle est déjà assez mature, à la fois en termes de développement d’algorithmes , et dans la disponibilité d’expériences de simulation quantique analogique significativement avancées à l’échelle internationale. »

« Dans l’histoire de l’informatique, l’informatique analogique et numérique classique a coexisté pendant plus d’un demi-siècle, avec une transition progressive vers l’informatique numérique, et nous nous attendons à ce que la même chose se produise avec l’émergence de la simulation quantique. »

« En tant que prochaine étape du développement de cette technologie, il est maintenant important de discuter de » l’avantage quantique pratique « , le point auquel les dispositifs quantiques résoudront des problèmes d’intérêt pratique qui ne sont pas traitables pour les supercalculateurs traditionnels. »

« Beaucoup des applications à court terme les plus prometteuses des ordinateurs quantiques relèvent de la simulation quantique : modéliser les propriétés quantiques des particules microscopiques qui sont directement pertinentes pour comprendre la science moderne des matériaux, la physique des hautes énergies et la chimie quantique. »

« La simulation quantique devrait être possible à l’avenir sur des ordinateurs quantiques numériques tolérants aux pannes avec plus de flexibilité et de précision, mais elle peut également déjà être effectuée aujourd’hui pour des modèles spécifiques grâce à des simulateurs quantiques analogiques spéciaux. Cela se produit de manière analogue à l’étude de l’aérodynamique, qui peut être menée soit dans une soufflerie, soit par des simulations sur un ordinateur numérique. Là où l’aérodynamique utilise souvent un modèle à plus petite échelle pour comprendre quelque chose de grand, les simulateurs quantiques analogiques utilisent souvent un modèle à plus grande échelle pour comprendre quelque chose d’encore plus petit.

« Les simulateurs quantiques analogiques passent désormais de la fourniture de démonstrations qualitatives de phénomènes physiques à la fourniture de solutions quantitatives aux problèmes natifs. Une voie particulièrement intéressante à court terme est le développement d’une gamme de simulateurs quantiques programmables hybrides entre les techniques numériques et analogiques. potentiel car il combine les meilleurs avantages des deux côtés en utilisant les opérations analogiques natives pour produire des états hautement intriqués. »