Les ordinateurs quantiques promettent des accélérations exponentielles pour certains problèmes, avec des applications potentielles dans des domaines allant de la découverte de médicaments aux nouveaux matériaux pour les batteries. Mais l'informatique quantique en est encore à ses débuts, ce sont donc des objectifs à long terme. Néanmoins, il existe des étapes intermédiaires passionnantes dans le cheminement vers la construction d'un appareil utile. L'un de ceux qui suscitent actuellement beaucoup d'attention est «l'avantage quantique», où un ordinateur quantique exécute une tâche au-delà des capacités des supercalculateurs les plus puissants du monde.
Les travaux expérimentaux de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) ont été les premiers à revendiquer un avantage quantique en utilisant des photons - des particules de lumière, dans un protocole appelé "Gaussian Boson Sampling" (GBS). Leur article affirmait que l'expérience, réalisée en 200 secondes, prendrait 600 millions d'années à simuler sur le plus grand superordinateur du monde.
Relevant le défi, une équipe des laboratoires de technologie d'ingénierie quantique (QET Labs) de l'Université de Bristol, en collaboration avec des chercheurs de l'Imperial College de Londres et de Hewlett Packard Enterprise, a réduit ce temps de simulation à quelques mois seulement, un facteur d'accélération d'environ un milliard.
Leur article "La limite de l'avantage quantique dans l'échantillonnage de bosons gaussiens", publié aujourd'hui dans la revue Science Advances, arrive à un moment où d'autres approches expérimentales revendiquant un avantage quantique, comme celles de l'équipe d'informatique quantique de Google, mènent également à des algorithmes classiques améliorés pour simuler ces expériences.
Le co-premier auteur Jake Bulmer, doctorant au QET Labs, a déclaré : "Il y a une course passionnante en cours où, d'un côté, les chercheurs tentent de construire des systèmes informatiques quantiques de plus en plus complexes qui, selon eux, ne peuvent pas être simulés par des ordinateurs conventionnels. . En parallèle, des chercheurs comme nous améliorent les méthodes de simulation pour pouvoir simuler ces machines supposées impossibles à simuler !
"Au fur et à mesure que les chercheurs développeront des expériences à plus grande échelle, ils chercheront à revendiquer un avantage quantique par rapport aux simulations classiques. Nos résultats fourniront un point de comparaison essentiel pour établir la puissance de calcul des futures expériences GBS », a déclaré le premier auteur conjoint, Bryn Bell, chercheur Marie Curie à l'Imperial College de Londres, maintenant ingénieur quantique senior chez Oxford Quantum Circuits.
Les méthodes de l'équipe n'exploitent aucune erreur dans l'expérience. La prochaine étape de la recherche consiste donc à combiner leurs nouvelles méthodes avec des techniques qui exploitent les imperfections de l'expérience dans le monde réel. Cela accélérerait encore le temps de simulation et permettrait de mieux comprendre les domaines nécessitant des améliorations.
"Ces expériences d'avantage quantique représentent une formidable réussite de la physique et de l'ingénierie. En tant que chercheur, il est passionnant de contribuer à la compréhension de l'origine de la complexité informatique de ces expériences. Nous avons été surpris par l'ampleur des améliorations que nous avons obtenues - ce n'est pas souvent que vous pouvez prétendre trouver une amélioration d'un milliard de fois !" dit Jake Bulmer.
Anthony Laing, co-directeur de QET Labs et auteur des travaux, a déclaré : "Alors que nous développons des technologies informatiques quantiques plus sophistiquées, ce type de travail est vital. Cela nous aide à comprendre la barre que nous devons franchir avant de pouvoir commencer à résoudre les problèmes d'énergie propre et de soins de santé qui nous affectent tous. Ce travail est un excellent exemple de travail d'équipe et de collaboration entre les chercheurs du UK Quantum Computing and Simulation Hub et Hewlett Packard Enterprise.
Plus d'informations
Les laboratoires de technologie d'ingénierie quantique (QET Labs)
Les laboratoires QET de l'université de Bristol ont été lancés en avril 2015 et englobent l'activité de plus de 100 universitaires, membres du personnel et étudiants. L'objectif est de maximiser les opportunités de nouvelles découvertes scientifiques qui sous-tendent l'ingénierie et le développement technologique. et étudiants. En travaillant ensemble, nous visons à transformer la science en véritables démonstrateurs de concept et innovation entrepreneuriale qui seront le tremplin du succès commercial des technologies quantiques.Bristol Quantum Information Institute
L'information quantique et sa traduction en technologies est l'une des activités de recherche les plus passionnantes en science et technologie aujourd'hui. Longtemps à l'avant-garde de l'activité mondiale croissante dans ce domaine, le Bristol Quantum Information Institute cristallise nos recherches sur l'ensemble du spectre, de la théorie à la technologie. Avec notre équipe interdisciplinaire d'experts, comprenant des fondateurs du domaine, nous avons une expertise dans tous les grands domaines de la science de l'information quantique théorique et de l'expérimentation. Nous encourageons les partenariats avec le secteur privé et offrons un enseignement et une formation exceptionnels à la future génération de scientifiques et d'ingénieurs quantiques et aux prototypes de demain.
L'informatique quantique et amp ; Centre de simulation
L'informatique quantique et amp ; Simulation Hub (QCS) est une collaboration entre 17 universités britanniques, travaillant avec un vaste réseau de partenaires universitaires, industriels et gouvernementaux. Il s'agit de l'un des quatre pôles du programme britannique National Quantum Technologies, qui représente 1 milliard de livres sterling d'investissements publics et privés pour accélérer la traduction des technologies quantiques sur le marché. Le Hub se concentre sur les défis de recherche critiques pour l'informatique quantique, dans un large éventail de disciplines matérielles et logicielles. En plus de relever les défis techniques liés à la fourniture d'informatique et de simulation quantiques à grande échelle, le Hub s'engage auprès des industries, des utilisateurs finaux, du gouvernement et des citoyens pour aider le Royaume-Uni à devenir « prêt pour le quantum ». Pour plus d'informations, visitez https://www.qcshub.org
