Selon l’article publié dans la revue Science, une équipe chinoise affirme que Jiuzhang, son nouveau type d’ordinateur quantique, serait en mesure de réaliser en trois minutes un calcul qui aurait pris deux milliards d’années à un puissant superordinateur.
Un ordinateur quantique photonique, qui exploite des particules de lumière, ou photons, a effectué un calcul qu’aucun ordinateur conventionnel n’est en mesure de réaliser selon des chercheurs chinois. Cette étape, connue sous le nom de suprématie quantique, n’a été franchie qu’une seule fois auparavant, en 2019, par l’ordinateur quantique de Google. L’ordinateur de Google, cependant, est basé sur des matériaux supraconducteurs et non sur des photons.
Nommé Jiuzhang, qui fait référence à un ancien texte chinois sur les mathématique, l’ordinateur quantique peut effectuer en 200 secondes un calcul qui prendrait plus d’un demi-milliard d’années au superordinateur classique le plus rapide du monde.
L’appareil de Google, appelé Sycamore, est basé sur de minuscules bits quantiques faits de matériaux supraconducteurs, qui conduisent l’énergie sans résistance. En revanche, Jiuzhang se compose d’un réseau complexe de dispositifs optiques qui transportent les photons autour. Ces dispositifs comprennent des sources lumineuses, des centaines de diviseurs de faisceaux, des dizaines de miroirs et 100 détecteurs de photons.
Utilisant un processus appelé échantillonnage de bosons, Jiuzhang génère une distribution de nombres qui est extrêmement difficile à reproduire pour un ordinateur classique. Voici comment cela fonctionne : les photons sont d’abord envoyés dans un réseau de canaux. Là, chaque photon rencontre une série de diviseurs de faisceaux, dont chacun envoie le photon sur deux chemins simultanément, dans ce qu’on appelle une superposition quantique. Les chemins fusionnent également, et la division et la fusion répétées font que les photons interfèrent les uns avec les autres selon des règles quantiques.
Enfin, le nombre de photons dans chacun des canaux de sortie du réseau est mesuré à la fin. Lorsqu’il est répété plusieurs fois, ce processus produit une distribution de nombres basée sur le nombre de photons trouvés dans chaque sortie.
S’il est utilisé avec un grand nombre de photons et de nombreux canaux, l’ordinateur quantique produira une distribution de nombres trop complexe à calculer pour un ordinateur classique. Dans la nouvelle expérience, jusqu’à 76 photons ont traversé un réseau de 100 canaux. Pour l’un des ordinateurs classiques les plus puissants du monde, le supercalculateur chinois Sunway TaihuLight, prédire les résultats que l’ordinateur quantique obtiendrait pour tout ce qui dépasse environ 40 photons était insoluble.
Alors que Google a été le premier à briser la barrière de la suprématie quantique, le jalon ne se limite pas à une seule étape, déclare le co-auteur de l’étude et physicien quantique Chao-Yang Lu de l’Université des sciences et technologies de Chine à Hefei. « C’est une compétition continue entre un matériel quantique constamment amélioré et une simulation classique constamment améliorée. ». Après la revendication de suprématie quantique de Google, par exemple, IBM a proposé un type de calcul qui pourrait permettre à un supercalculateur d’exécuter la tâche effectuée par l’ordinateur de Google, du moins en théorie.
Aujourd’hui, atteindre la suprématie quantique ne fait pas des ordinateurs quantiques des machines très utiles dans la vie de tous les jours. En revanche, elles sont en mesure de réaliser des calculs très difficiles pour les ordinateurs classiques.
Le résultat obtenu renforce l’idée que, bien qu’ils n’aient pas reçu autant d’attention que les autres technologies, l’ordinateur quantique photonique a un avenir.
Une limitation de Jiuzhang, est qu’il ne peut effectuer qu’un seul type de tâche, à savoir l’échantillonnage de bosons. En revanche, l’ordinateur quantique de Google pourrait être programmé pour exécuter une variété d’algorithmes. D’autres types d’ordinateurs quantiques photoniques, y compris ceux de Xanadu, sont programmables.
Démontrer la suprématie quantique avec un autre type d’appareil révèle la rapidité avec laquelle l’informatique quantique progresse et le fait que maintenant les deux plates-formes technologiques différentes soient capables de mettre en place ce type de calcul démontre que l’ensemble du domaine avance de manière très mature.
Apparemment le processeur de Google et celui de Jiuzhang ne fonctionnent pas de la même façon, l’ordinateur américain repose sur des matériaux supraconducteurs tandis que le second s’appuie sur des circuits optiques pour réaliser un protocole que l’on appelle un échantillonnage de bosons (GBS).
La résolution de l’équation d’échantillonnage du boson gaussien a pour le moment une intérêt limité et ne fait que montrer que le Jiuzhang est meilleur que les ordinateurs classiques pour résoudre une tâche très spécifique – la simulation du comportement imprévisible des photons. Cela ne signifie pas pour autant qu’un ordinateur quantique sera bientôt construit pour résoudre des problèmes de la vie réelle. Je vois donc plus ces ordinateurs comme complémentaires à ceux déjà existants.