(Phys.org) - Les physiciens ont démontré expérimentalement une méthode purement quantique pour résoudre des systèmes d'équations linéaires qui a le potentiel de fonctionner de manière exponentielle plus rapidement que les meilleures méthodes classiques. Les résultats montrent que l'informatique quantique peut éventuellement avoir des applications pratiques de grande envergure, puisque la résolution de systèmes linéaires se fait couramment dans l'ensemble de la science et de l'ingénierie.

Les physiciens, dirigé par Haohua Wang à l'Université du Zhejiang et Chao-Yang Lu et Xiaobo Zhu à l'Université des sciences et technologies de Chine, avec leurs coauteurs de diverses institutions en Chine, ont publié leur article sur ce qu'ils appellent un "solveur linéaire quantique" dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

"Pour la première fois, nous avons démontré un algorithme quantique pour résoudre des systèmes d'équations linéaires sur un circuit quantique supraconducteur, " Lu a dit Phys.org . "[C'est] l'une des meilleures plates-formes à semi-conducteurs avec une excellente évolutivité et une haute fidélité remarquable."

L'algorithme quantique qu'ils ont mis en œuvre s'appelle la Harrow, Hassidim, et l'algorithme de Lloyd (HHL), qui a été précédemment démontré avoir la capacité, en principe, pour conduire à une accélération quantique exponentielle par rapport aux algorithmes classiques. Cependant, jusqu'à présent, cela n'a pas été démontré expérimentalement.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont montré qu'un circuit quantique supraconducteur exécutant l'algorithme HHL peut résoudre le type de système linéaire le plus simple, qui a deux équations à deux variables. La méthode n'utilise que quatre qubits :un qubit ancilla (un composant universel de la plupart des systèmes informatiques quantiques), et trois qubits qui correspondent au vecteur d'entrée b et les deux solutions représentées par le vecteur solution X dans le système linéaire standard A X = b , où A est une matrice 2 x 2.

En effectuant une série de rotations, permutations d'états, et conversions binaires, l'algorithme HHL détermine les solutions de ce système, qui peut ensuite être lu par une mesure quantique de non-démolition. Les chercheurs ont démontré la méthode en utilisant 18 vecteurs d'entrée différents et la même matrice, générer différentes solutions pour différentes entrées. Comme l'expliquent les chercheurs, il est trop tôt pour dire à quel point cette méthode quantique pourrait fonctionner plus rapidement puisque ces problèmes sont facilement résolus par les méthodes classiques.

"L'ensemble du processus de calcul prend environ une seconde, " a déclaré Zhu. " Il est difficile de comparer directement la version actuelle aux méthodes classiques maintenant. Dans ce travail, nous avons montré comment résoudre le système linéaire 2 x 2 le plus simple, qui peut être résolu par des méthodes classiques en très peu de temps. La puissance clé de l'algorithme quantique HHL est que, lors de la résolution d'une matrice système 's-sparse' de très grande taille, elle peut gagner une accélération exponentielle par rapport à la meilleure méthode classique. Par conséquent, il serait beaucoup plus intéressant de montrer une telle comparaison lorsque la taille de l'équation linéaire est mise à l'échelle d'un très grand système."

Les chercheurs s'attendent à ce que, à l'avenir, ce circuit quantique pourrait être mis à l'échelle pour résoudre des systèmes linéaires plus grands. Ils prévoient également d'améliorer encore les performances du système en apportant quelques ajustements simples à la fabrication du dispositif pour réduire certaines des erreurs dans sa mise en œuvre. En outre, les chercheurs veulent étudier comment le circuit pourrait être utilisé pour mettre en œuvre d'autres algorithmes quantiques pour une variété d'applications à grande échelle.

"Nos recherches futures se concentreront sur l'amélioration des performances du matériel, y compris des temps de cohérence plus longs, portes logiques de plus haute précision, un plus grand nombre de qubits, diaphonie inférieure, meilleure fidélité de lecture, etc., " Wang a dit. " Sur la base de l'amélioration du matériel, nous allons démontrer et optimiser davantage d'algorithmes quantiques pour vraiment montrer la puissance du processeur quantique supraconducteur."

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