La machine quantique Borealis obtient un avantage informatique grâce à un capteur photonique programmable

GBS haute dimension à partir d'un processeur photonique entièrement programmable. Un train d'impulsions périodiques d'états compressés monomodes provenant d'un OPO pulsé entre dans une séquence de trois interféromètres à boucle programmables dynamiquement. Chaque boucle contient un VBS, comprenant un déphaseur programmable et une ligne à retard à fibre optique. A la sortie de l'interféromètre, l'état gaussien est envoyé à un arbre de commutation binaire 1 à 16 (démultiplexage), qui démultiplexe partiellement la sortie avant lecture par les PNR. La séquence détectée résultante de 216 nombres de photons, en approximativement 36 μs, comprend un échantillon. Les retards de fibre et les séparateurs de faisceau et les déphaseurs qui les accompagnent mettent en œuvre des portes entre les modes temporellement adjacents et distants, permettant une connectivité de haute dimension dans le circuit quantique. Au-dessus de chaque étage de boucle est représentée une représentation en réseau de l'état gaussien intriqué multipartite en cours de synthèse progressive. La première étape (τ) effectue des portes programmables à deux modes (bords verts) entre les modes les plus proches voisins dans une dimension, tandis que la deuxième (6 τ) et la troisième (36 τ) médiatisent les couplages entre les modes séparés par six et 36 intervalles de temps dans les deuxième et troisième dimensions (bords rouges et bleus, respectivement). Chaque exécution de l'appareil implique la spécification de 1 296 paramètres réels, correspondant à la séquence de réglages pour toutes les unités VBS. Crédit :Nature (2022). DOI :10.1038/s41586-022-04725-x

Une équipe de chercheurs de Xanadu au Canada et des National Institutes of Standards and Technology, aux États-Unis, affirme que leur ordinateur quantique, Borealis, a obtenu un avantage informatique en relevant le défi de l'échantillonnage des bosons. Dans leur article publié dans la revue Nature , le groupe décrit son ordinateur et ses performances face au défi. Daniel Jost Brod, de l'Université fédérale Fluminense, au Brésil, a publié un article News &Views dans le même numéro de revue décrivant la courte histoire de l'informatique quantique et le travail effectué par l'équipe sur ce nouvel effort.

Alors que les travaux se poursuivent vers une machine informatique quantique vraiment utilisable, les groupes de recherche ajoutent plus de puissance aux appareils sur lesquels ils travaillent, puis les soumettent à des tests d'avantage informatique. De tels tests sont destinés à montrer qu'un appareil donné est capable de traiter un problème qui prendrait tellement de temps à exécuter des ordinateurs conventionnels qu'il serait impossible de le faire.

Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont relevé le défi de l'échantillonnage des bosons en utilisant une machine photonique qui utilise des photons pour représenter les qubits. Techniquement appelé défi d'échantillonnage du boson gaussien, il consiste à préparer des états de lumière et à les diriger à travers un réseau de séparateurs de faisceau, puis à compter le nombre de photons qui arrivent à un détecteur. Les meilleurs ordinateurs modernes s'enlisent rapidement lorsqu'ils tentent de relever le défi, alors que la théorie suggère qu'un ordinateur quantique devrait briller. Les efforts antérieurs pour relever le défi ont impliqué l'utilisation de 76 à 113 photons. La machine construite par l'équipe dans le cadre de ce nouvel effort a pu accéder à jusqu'à 219 photons, alors qu'elle en avait en moyenne 125, un bond en avant significatif.

En exécutant le défi, l'équipe a constaté que Borealis était capable d'effectuer la tâche spécifiée en 36 microsecondes. Les chercheurs ont calculé qu'il aurait fallu environ 9 000 ans au meilleur ordinateur traditionnel pour accomplir la même tâche. Cette différence, selon les chercheurs, montre un avantage informatique. Les chercheurs ont poussé leur travail un peu plus loin en testant la sortie donnée par Borealis et ont montré qu'elle ne pouvait pas être usurpée, preuve que les réponses qu'elle donnait étaient correctes. + Explorer plus loin