Un nouveau test pour vérifier si un ordinateur quantique donne des réponses correctes à des questions dépassant le cadre de l'informatique traditionnelle pourrait aider à réaliser le premier ordinateur quantique capable de surpasser un ordinateur classique.

En créant un protocole qui permet à un ordinateur quantique de vérifier ses propres réponses à des problèmes difficiles, les scientifiques de l'Université de Warwick ont ​​fourni un moyen de confirmer qu'un ordinateur quantique fonctionne correctement sans utilisation excessive de ressources.

Samuele Ferracin, Theodoros Kapourniotis et le Dr Animesh Datta du Département de physique de l'Université ont récemment abordé ce problème dans un article pour le Nouveau Journal de Physique , publié aujourd'hui.

Les chercheurs ont développé un protocole pour quantifier les effets du bruit sur les sorties des ordinateurs quantiques. Le bruit est défini comme tout ce qui affecte le matériel d'une machine quantique mais échappe au contrôle de l'utilisateur, telles que des fluctuations de température ou des défauts de fabrication. Cela peut affecter la précision des résultats d'un ordinateur quantique.

Lorsqu'il est appliqué, le test des chercheurs produit deux pourcentages :à quel point il estime que l'ordinateur quantique est proche du résultat correct et à quel point un utilisateur peut être sûr de cette proximité.

Le test aidera les constructeurs d'ordinateurs quantiques à déterminer si leur machine fonctionne correctement pour aider à affiner leurs performances, une étape clé pour établir l'utilité de l'informatique quantique à l'avenir.

Le Dr Animesh Datta du département de physique de l'Université de Warwick a déclaré :« Un ordinateur quantique n'est utile que s'il fait deux choses :d'abord, qu'il résout un problème difficile; la deuxième, ce qui je pense est moins apprécié, est qu'il résout correctement le problème difficile. Si cela ne résout pas le problème, nous n'avions aucun moyen de le savoir. Donc, ce que notre article fournit est un moyen de décider à quel point le résultat d'un calcul est proche d'être correct."

Déterminer si un ordinateur quantique a produit une réponse correcte à un problème difficile est un défi important car, par définition, ces problèmes dépassent le cadre d'un ordinateur classique existant. Vérifier que la réponse qu'il a produite est correcte implique généralement d'utiliser un grand nombre d'ordinateurs classiques pour résoudre le problème, quelque chose qui n'est pas faisable car ils s'attaquent à des problèmes de plus en plus difficiles.

Au lieu, les chercheurs ont proposé une méthode alternative qui consiste à utiliser l'ordinateur quantique pour exécuter un certain nombre de calculs simples dont nous connaissons déjà la réponse et pour établir l'exactitude de ces résultats. Basé sur ceci, les chercheurs peuvent établir une limite statistique sur la distance entre l'ordinateur quantique et la bonne réponse au problème difficile auquel nous voulons qu'il réponde, connu comme le calcul cible.

C'est un processus similaire à celui que les programmeurs informatiques utilisent pour vérifier les grands programmes informatiques, en mettant en petites fonctions avec des réponses connues. Si le programme répond correctement à suffisamment de ces questions, ils peuvent être sûrs que l'ensemble du programme est correct.

Le Dr Datta ajoute :" L'intérêt d'avoir un ordinateur quantique est de ne pas passer un temps exponentiel à résoudre des problèmes, donc prendre un temps exponentiel pour vérifier si c'est correct ou non va à l'encontre de l'intérêt de celui-ci. Notre méthode est donc efficace dans la mesure où elle ne nécessite pas une quantité exponentielle de ressources.

"Nous n'avons pas besoin d'un ordinateur classique pour vérifier notre ordinateur quantique. Notre méthode est autonome dans un système quantique qui peut être utilisé indépendamment des gros serveurs."

L'auteur principal, Samuele Ferracin, a développé des moyens pour les scientifiques travaillant sur des ordinateurs quantiques d'intégrer le test dans leur travail. Il a déclaré :« Nous avons passé ces dernières années à réfléchir à de nouvelles méthodes pour vérifier les réponses des ordinateurs quantiques et à les proposer aux expérimentateurs. Les premières méthodes se sont avérées trop exigeantes pour les ordinateurs quantiques existants, qui ne peut implémenter que de « petits » calculs et effectuer des tâches restreintes. Avec nos derniers travaux, nous avons développé avec succès une méthode qui convient aux ordinateurs quantiques existants et englobe toutes leurs principales limites. Nous collaborons maintenant avec des expérimentateurs pour comprendre comment il fonctionne sur une vraie machine."

L'informatique quantique exploite les propriétés inhabituelles de la physique quantique pour traiter l'information d'une manière totalement différente des ordinateurs conventionnels. Profitant du comportement des systèmes quantiques, comme exister dans plusieurs états différents en même temps, cette forme radicale de calcul est conçue pour traiter des données dans tous ces états simultanément, ce qui lui confère un énorme avantage par rapport à l'informatique classique. Certains types de problèmes, comme ceux que l'on trouve en décryptage et en chimie, sont particulièrement adaptés à l'exploitation de cette propriété.

Ces dernières années ont vu des avancées expérimentales sans précédent. Les plus gros ordinateurs quantiques doublent de taille tous les six mois et semblent désormais très proches d'atteindre la suprématie quantique. La suprématie quantique fait référence à une étape importante dans le développement des ordinateurs quantiques, où un ordinateur quantique exécute d'abord une fonction qui nécessiterait un temps déraisonnable à l'aide d'un ordinateur classique.

Le Dr Datta ajoute :« Ce qui nous intéresse, c'est de concevoir ou d'identifier des moyens d'utiliser ces machines quantiques pour résoudre des problèmes difficiles en physique et en chimie, concevoir de nouveaux produits chimiques et matériaux, ou identifier des matériaux aux propriétés intéressantes ou exotiques. Et c'est pourquoi nous nous intéressons particulièrement à la justesse du calcul."