Cette puce supraconductrice, d'une superficie totale d'un centimètre carré, se compose de neuf qubits dans un tableau 1D. Des impulsions micro-ondes sont appliquées pour contrôler leurs états et leur interaction, et par conséquent contrôler la dynamique du système. De tels systèmes supraconducteurs basés sur la jonction Josephson sont des implémentations physiques de premier plan pour le calcul quantique et le traitement de simulation. Crédit : Eric Lucero/Google, Inc.
Les choses deviennent réelles pour les chercheurs du groupe UC Santa Barbara John Martinis/Google. Ils concrétisent leurs intentions de déclarer la suprématie dans une course mondiale serrée pour construire la première machine quantique à surpasser les meilleurs supercalculateurs classiques du monde.
Mais qu'est-ce que la suprématie quantique dans un domaine où les horizons s'élargissent régulièrement, dans lequel les équipes des esprits les plus brillants de l'informatique quantique au monde mettent régulièrement la barre plus haut sur le nombre et le type de bits quantiques ("qubits") qu'ils peuvent construire, chacun avec sa propre gamme de qualités ?
"Définissons cela, parce que c'est un peu vague, " a déclaré Charles Neill, chercheur chez Google. En termes simples, il a continué, "nous aimerions effectuer un algorithme ou un calcul qui ne pourrait pas être fait autrement. C'est ce que nous voulons dire en fait."
Neill est l'auteur principal du nouvel article du groupe, "Un plan pour démontrer la suprématie quantique avec des qubits supraconducteurs, " maintenant publié dans la revue Science .
Heureusement, la nature offre de nombreuses situations aussi complexes, dans lequel les variables sont si nombreuses et interdépendantes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas contenir toutes les valeurs et effectuer les opérations. Pensez aux réactions chimiques, interactions fluides, même les changements de phase quantique dans les solides et une foule d'autres problèmes qui ont intimidé les chercheurs dans le passé. Quelque chose de l'ordre d'au moins 49 qubits – à peu près équivalent à un pétaoctet (un million de gigaoctets) de mémoire vive classique – pourrait mettre un ordinateur quantique sur un pied d'égalité avec les superordinateurs du monde. Tout recemment, Les collègues de Google/Martinis de Neill ont annoncé un effort vers la suprématie quantique avec une puce de 72 qubits possédant une architecture "bristlecone" qui n'a pas encore été mise à l'épreuve.
Mais selon Neill, c'est plus que le nombre de qubits disponibles.
"Vous devez générer une sorte d'évolution dans le système qui vous amène à utiliser chaque état auquel un nom est associé, " dit-il. La puissance de l'informatique quantique réside dans, entre autres, la superposition des états. Dans les ordinateurs classiques, chaque bit peut exister dans l'un des deux états :zéro ou un, éteint ou allumé, vrai ou faux, mais les qubits peuvent exister dans un troisième état qui est une superposition de zéro et de un, augmentant de façon exponentielle le nombre d'états possibles qu'un système quantique peut explorer.
En outre, disent les chercheurs, la fidélité est importante, parce que la puissance de traitement massive ne vaut pas grand-chose si elle n'est pas précise. La décohérence est un défi majeur pour quiconque construit un ordinateur quantique :perturber le système, les informations changent. Attendre quelques centièmes de seconde de trop, les informations changent à nouveau.
"Les gens pourraient construire 50 systèmes qubit, mais vous devez demander à quel point il a calculé ce que vous vouliez qu'il calcule, " dit Neill. " C'est une question cruciale. C'est la partie la plus difficile du domaine." Des expériences avec leurs qubits supraconducteurs ont démontré un taux d'erreur de un pour cent par qubit avec des systèmes à trois et neuf qubits, lequel, ils disent, peuvent être réduits à mesure qu'ils s'intensifient, via des améliorations matérielles, étalonnage, matériaux, architecture et apprentissage automatique.
Construire un système qubit complet avec des composants de correction d'erreurs - les chercheurs estiment une plage de 100, 000 à un million de qubits—est faisable et fait partie du plan. Et encore des années. Mais cela ne veut pas dire que leur système n'est pas déjà capable de faire le gros du travail. Tout récemment, il a été déployé, avec spectroscopie, sur la question de la localisation à plusieurs corps dans un changement de phase quantique - un ordinateur quantique résolvant un problème de mécanique statistique quantique. Dans cette expérience, le système à neuf qubits est devenu un simulateur quantique, en utilisant des photons rebondissant dans leur réseau pour cartographier l'évolution des électrons dans un système d'augmentation, pourtant très contrôlé, désordre.
"Une bonne raison pour laquelle notre fidélité était si élevée est que nous sommes capables d'atteindre des états complexes en très peu de temps, " expliqua Neill. Plus un système peut explorer rapidement tous les états possibles, meilleure est la prédiction de l'évolution d'un système, il a dit.
Si tout se passe bien, le monde devrait bientôt voir un ordinateur quantique UCSB/Google réalisable. Les chercheurs sont impatients de le mettre à l'épreuve, obtenir des réponses à des questions qui n'étaient autrefois accessibles que par la théorie, extrapolation et devinettes hautement éduquées - et ouvrant un tout nouveau niveau d'expériences et de recherche.
"C'est vraiment très excitant, " a déclaré le chercheur de Google Pedram Roushan, qui a dirigé les travaux de simulation quantique à N corps publiés dans Science en 2017. Ils s'attendent à ce que leur premier travail reste près de chez eux, comme les recherches en physique de la matière condensée et en mécanique statistique quantique, mais ils prévoient de s'étendre à d'autres domaines, incluant la chimie et les matériaux, à mesure que la technologie devient plus raffinée et accessible.
"Par exemple, savoir si une molécule formerait ou non une liaison ou réagirait d'une autre manière avec une autre molécule pour une nouvelle technologie... il y a des problèmes importants que vous ne pouvez pas estimer approximativement ; ils dépendent vraiment des détails et d'une très forte puissance de calcul, " Roushan a dit, laissant entendre que dans quelques années, ils pourraient être en mesure de fournir un accès plus large à cette puissance de calcul. « Donc, vous pouvez obtenir un compte, connectez-vous et explorez le monde quantique."
