Chercheurs à Xanadu, une entreprise canadienne spécialisée dans l'informatique quantique photonique, affirme avoir obtenu un avantage informatique quantique grâce à une expérience menée sur sa machine Borealis accessible dans le cloud. Le terme « avantage quantique » (parfois appelé suprématie quantique) fait référence à une situation dans laquelle une machine quantique effectue des tâches de calcul spécifiques qui seraient insolubles pour un ordinateur classique. La dernière expérience, qui consiste à prendre des mesures correspondant au prélèvement d'un échantillon à partir d'une distribution, prend au Borealis de Xanadu 36 microsecondes par échantillon, alors que l'équipe estime qu'il faudrait 9000 XNUMX ans au superordinateur le plus rapide du monde pour modéliser la même expérience en utilisant les algorithmes les plus connus. .
La tâche de cette expérience est un exemple d'échantillonnage de bosons gaussiens (GBS) – un cadre simplifié pour les ordinateurs quantiques optiques dans lequel les états quantiques de la lumière sont envoyés à travers un interféromètre (un réseau optique avec des paramètres réglables dictant la façon dont les photons interfèrent) avant d'être mesurés. aux sorties. Cette conception est plus simple qu'un ordinateur quantique universel et, comme Jonathan Lavoie, responsable de l'équipe d'intégration de systèmes chez Xanadu, explique que ses applications sont restreintes. « Il est important de souligner que les machines à avantage quantique sont construites dans le but de prouver quelque chose de fondamental sur la puissance de l’informatique quantique, pas nécessairement pour résoudre un problème « utile » immédiat », explique Lavoie. "Ce dernier nécessitera probablement une tolérance aux pannes et une correction des erreurs."
S'appuyer sur les résultats précédents de l'avantage quantique
Les précédentes allégations d’avantages informatiques quantiques ont suscité une certaine controverse. Dans 2019, une équipe chez Google avantage quantique annoncé en utilisant la technologie supraconductrice (au lieu de la technologie photonique), bien que cela ait été débattu au sein de la communauté. Plus récemment, des expérimentateurs de l’Université des Sciences et Technologies de Chine ont réalisé allégations similaires pour deux expériences (réalisant également du GBS) connues sous le nom de jiuzhang ainsi que Jiuzhang 2.0. Bien qu'il s'agisse d'une réussite technologique considérable, d'autres documents soulèvent des questions sur leurs résultats. Nicolas Quesada, qui a dirigé le projet aux côtés de Lavoie et est maintenant professeur adjoint à Polytechnique Montréal, souligne que « davantage d’outils de théorie et de vérification sont nécessaires ». Le travail de Quesada continue d’examiner ces tâches de vérification.
Borealis diffère de Jiuzhang de plusieurs manières, notamment par sa taille : avec 216 modes distincts (différents états quantiques accessibles), la machine de Xanadu représente une augmentation significative par rapport au précédent record de 144. Xanadu utilise également une nouvelle conception pour GBS qui retarde les photons dans des boucles optiques. fibre optique avant qu'elles n'interfèrent avec les impulsions ultérieures, ce qui permet de supprimer les erreurs et d'améliorer l'évolutivité. Une réalisation particulière de ces derniers travaux réside dans les techniques mises en œuvre pour stabiliser ces fibres à des longueurs bien inférieures à l'ordre de la longueur d'onde de la lumière, comme discuté dans un blog récents publié par l'équipe de Xanadu.
La nouvelle configuration signifie que toutes les configurations possibles de GBS ne peuvent pas être réalisées. "Pour la photonique, lorsque l'on souhaite coder des problèmes intéressants reflétant des cas d'application réels, il faut accéder à un interféromètre programmable universel, ce qui entraînera généralement des pertes importantes", explique Quesada. "C'est donc définitivement un défi difficile."
Borealis permet cependant une programmabilité totale dans les limites de la structure proposée, alors que les précédentes expériences GBS de cette échelle avaient fixé des interactions entre les modes. La flexibilité supplémentaire est permise par les progrès dans la génération d'états quantiques de la lumière, le taux de détection et la commutation électro-optique rapide, qui modifie les paramètres des composants auxquels les impulsions interfèrent à une vitesse suffisamment élevée pour mettre en œuvre toutes les opérations possibles.
Les ordinateurs classiques tentent de rattraper leur retard quantique
Borealis est unique parmi les démonstrations d'avantages quantiques dans la mesure où le public peut désormais accéder à cette machine et soumettre des travaux à distance via le service cloud de Xanadu. Il reste toutefois à savoir si le GBS produit des calculs utiles au-delà d’une démonstration de l’avantage quantique. En outre, comme l’explique Quesada, en ce qui concerne les applications du GBS, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre « s’il existe des algorithmes classiques capables de faire suffisamment bien le travail, éliminant ainsi le besoin de machines quantiques ». Néanmoins, cette réalisation « contribue réellement à renforcer la confiance dans le fait que nos systèmes de développement matériel et de contrôle logiciel sont sur la bonne voie pour construire un ordinateur quantique photonique tolérant aux pannes à Xanadu », a déclaré Lavoie. Monde de la physique.
