Un nouvel algorithme qui accélère les simulations pourrait apporter une plus grande capacité d'utilisation aux ordinateurs quantiques actuels et à court terme, ouvrant la voie aux applications pour qu'elles s'exécutent au-delà des limites de temps strictes qui entravent de nombreux calculs quantiques.

"Les ordinateurs quantiques ont un temps limité pour effectuer des calculs avant leur nature quantique utile, que nous appelons cohérence, tombe en panne, " a déclaré Andrew Sornborger de l'ordinateur, Informatique, et la division des sciences statistiques du Laboratoire national de Los Alamos, et auteur principal d'un article annonçant la recherche. "Avec un nouvel algorithme que nous avons développé et testé, nous pourrons accélérer les simulations quantiques pour résoudre des problèmes qui étaient auparavant hors de portée."

Ordinateurs construits à partir de composants quantiques, appelés qubits, peut potentiellement résoudre des problèmes extrêmement difficiles qui dépassent les capacités des supercalculateurs modernes les plus puissants. Les applications incluent une analyse plus rapide de grands ensembles de données, développement de médicaments, et percer les mystères de la supraconductivité, pour ne citer que quelques-unes des possibilités qui pourraient conduire à des percées technologiques et scientifiques majeures dans un avenir proche.

Des expériences récentes ont démontré le potentiel des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes en quelques secondes, ce qui prendrait des millénaires aux meilleurs ordinateurs conventionnels. Le défi demeure, cependant, pour s'assurer qu'un ordinateur quantique peut exécuter des simulations significatives avant que la cohérence quantique ne s'effondre.

"Nous utilisons l'apprentissage automatique pour créer un circuit quantique qui peut approximer un grand nombre d'opérations de simulation quantique à la fois, " a déclaré Sornborger. " Le résultat est un simulateur quantique qui remplace une séquence de calculs par un seul, opération rapide qui peut se terminer avant que la cohérence quantique ne s'effondre."

L'algorithme Variational Fast Forwarding (VFF) que les chercheurs de Los Alamos ont développé est un hybride combinant des aspects de l'informatique classique et quantique. Bien que des théorèmes bien établis excluent le potentiel d'une avance rapide générale avec une fidélité absolue pour des simulations quantiques arbitraires, les chercheurs contournent le problème en tolérant de petites erreurs de calcul pour des temps intermédiaires afin de fournir des informations utiles, si légèrement imparfait, prédictions.

En principe, l'approche permet aux scientifiques de simuler mécaniquement un système aussi longtemps qu'ils le souhaitent. Pratiquement parlant, les erreurs qui s'accumulent à mesure que les temps de simulation augmentent limitent les calculs potentiels. Toujours, l'algorithme permet des simulations bien au-delà des échelles de temps que les ordinateurs quantiques peuvent atteindre sans l'algorithme VFF.

Une bizarrerie du processus est qu'il faut deux fois plus de qubits pour avancer rapidement un calcul que ce qui constituerait l'ordinateur quantique en cours d'avance rapide. Dans le document récemment publié, par exemple, le groupe de recherche a confirmé son approche en implémentant un algorithme VFF sur un ordinateur à deux qubits pour accélérer les calculs qui seraient effectués dans une simulation quantique à un qubit.

Dans les travaux futurs, les chercheurs de Los Alamos envisagent d'explorer les limites de l'algorithme VFF en augmentant le nombre de qubits qu'ils avancent rapidement, et vérifier dans quelle mesure ils peuvent faire avancer rapidement les systèmes. La recherche a été publiée le 18 septembre 2020 dans la revue Informations quantiques npj .