Les ordinateurs quantiques ont déjà réussi à surpasser les ordinateurs ordinaires dans la résolution de certaines tâches - malheureusement, totalement inutiles. La prochaine étape est de les amener à faire des choses utiles. Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont maintenant montré qu'ils peuvent résoudre une petite partie d'un vrai problème de logistique avec leur petit, mais un ordinateur quantique qui fonctionne bien.

L'intérêt pour la construction d'ordinateurs quantiques a pris un essor considérable ces dernières années, et un travail fébrile est en cours dans de nombreuses régions du monde. En 2019, L'équipe de recherche de Google a fait une percée majeure lorsque leur ordinateur quantique a réussi à résoudre une tâche beaucoup plus rapidement que le meilleur superordinateur du monde. L'inconvénient est que la tâche résolue n'avait aucune utilité pratique - elle a été choisie parce qu'elle a été jugée facile à résoudre pour un ordinateur quantique, pourtant très difficile pour un ordinateur conventionnel. Par conséquent, une tâche importante est maintenant de trouver utile, problèmes pertinents qui sont hors de portée des ordinateurs ordinaires, mais qu'un ordinateur quantique relativement petit pourrait résoudre.

"Nous voulons être sûrs que l'ordinateur quantique que nous développons peut aider à résoudre les problèmes pertinents dès le début. Par conséquent, nous travaillons en étroite collaboration avec des industriels, " dit la physicienne théoricienne Giulia Ferrini, l'un des chefs de file du projet d'ordinateur quantique de l'Université de technologie Chalmers, qui a débuté en 2018.

Avec Göran Johansson, Giulia Ferrini a dirigé les travaux théoriques lorsqu'une équipe de chercheurs de Chalmers, dont un doctorant industriel de la société de logistique aéronautique Jeppesen, a récemment montré qu'un ordinateur quantique peut résoudre un exemple d'un problème réel dans l'industrie aéronautique.

Toutes les compagnies aériennes sont confrontées à des problèmes d'horaires. Par exemple, affecter des avions individuels à différentes routes représente un problème d'optimisation qui augmente très rapidement en taille et en complexité à mesure que le nombre de routes et d'avions augmente. Les chercheurs espèrent que les ordinateurs quantiques finiront par mieux gérer de tels problèmes que les ordinateurs d'aujourd'hui. Le bloc de construction de base de l'ordinateur quantique - le qubit - est basé sur des principes complètement différents de ceux des ordinateurs conventionnels, leur permettant de gérer d'énormes quantités d'informations avec relativement peu de qubits.

Cependant, en raison de leur structure et de leur fonction, les ordinateurs quantiques ont des exigences de programmation différentes de celles des ordinateurs conventionnels. Un algorithme proposé qui est considéré comme utile sur les premiers ordinateurs quantiques est l'algorithme d'optimisation approximatif quantique (QAOA). L'équipe de recherche Chalmers a maintenant exécuté avec succès cet algorithme sur son ordinateur quantique - un processeur à deux qubits - et a montré qu'il peut résoudre avec succès le problème de l'affectation des avions aux routes. Dans cette première démonstration, le résultat a pu être facilement vérifié car l'échelle était très petite - elle n'impliquait que deux avions.

Possibilité de gérer de nombreux avions

Avec cet exploit, les chercheurs ont été les premiers à montrer que l'algorithme QAOA peut résoudre le problème de l'affectation des avions aux routes dans la pratique. Ils ont également réussi à exécuter l'algorithme un niveau plus loin que quiconque auparavant, une réalisation qui nécessite un très bon matériel et un contrôle précis.

"Nous avons montré que nous avons la capacité de cartographier les problèmes pertinents sur notre processeur quantique. Nous avons encore un petit nombre de qubits, mais ils fonctionnent bien. Notre plan a d'abord été de faire en sorte que tout fonctionne très bien à petite échelle, avant de passer à l'échelle, " dit Jonas Bylander, chercheur principal responsable de la conception expérimentale et l'un des chefs de file du projet de construction d'un ordinateur quantique à Chalmers.

Les théoriciens de l'équipe de recherche ont également simulé la résolution du même problème d'optimisation pour jusqu'à 278 avions, ce qui nécessiterait un ordinateur quantique avec 25 qubits. « Les résultats sont restés bons au fur et à mesure que nous avons augmenté. Cela suggère que l'algorithme QAOA a le potentiel de résoudre ce type de problème à des échelles encore plus grandes, " dit Giulia Ferrini.

Dépasser les meilleurs ordinateurs d'aujourd'hui serait, cependant, nécessitent des appareils beaucoup plus gros. Les chercheurs de Chalmers ont maintenant commencé à passer à l'échelle et travaillent actuellement avec cinq bits quantiques. Le plan est d'atteindre au moins 20 qubits d'ici 2021 tout en maintenant la haute qualité.