Google a présenté un prototype d'ordinateur quantique révolutionnaire qui marque une étape importante dans la capacité de calcul. Cette nouvelle machine accomplit ce que les supercalculateurs actuels auraient besoin de dix septilliards d'années (une période incroyablement longue dépassant l'âge de l'univers) pour calculer, en accomplissant cette tâche en à peine cinq minutes. Cette avancée, annoncée lundi, est alimentée par « Willow », la dernière puce informatique quantique de Google.
Willow : doubler le nombre de qubits
La puce Willow représente une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique en doublant le nombre de qubits, ou bits quantiques, par rapport à son prédécesseur, Sycamore. Cette augmentation du nombre de qubits a permis des progrès significatifs dans la réduction des erreurs de calcul quantique. La réduction des erreurs est essentielle pour faire passer les ordinateurs quantiques de constructions théoriques à des dispositifs pratiques capables de révolutionner la recherche et la découverte scientifiques.
Mesures du système Willow |
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| Nombre de qubits | 105 |
| Connectivité moyenne | 3.47
(4 voies typiques) |
Correction d'erreur quantique (puce 1) |
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| Erreur de porte à qubit unique (moyenne, simultanée) | 0.035 % ‡ 0.029 % |
| Erreur de porte à deux qubits (moyenne, simultanée) | 0.33% 0.18%
(République tchèque) |
| Erreur de mesure (moyenne, simultanée) | 0.77 % ‡ 0.21 %
(répétitif, mesure des qubits) |
| Réinitialiser les options | Réinitialisation à plusieurs niveaux (état 1 et supérieur)
Élimination des fuites (État 12 uniquement) |
| T, heure
(moyenne) |
68 nous = 13 nous ? |
| Cycles de correction d'erreur par seconde | 909,000
(cycle de code de surface = 1.1 µs) |
| La performance des applications | ^3,57 = 2.14 0.02 $ |
Échantillonnage de circuit aléatoire (puce 2) |
|
| Erreur de porte à qubit unique (moyenne, simultanée) | 0.036 % ÷ 0.013 % |
| Erreur de porte à deux qubits (moyenne, simultanée) | 0.14% + 0.052%
(de type iswap) |
| Erreur de mesure (moyenne, simultanée) | 0.67 % + 0.51 % (terminal, tous les qubits) |
| Réinitialiser les options | Réinitialisation à plusieurs niveaux (état 11 et supérieur)
Élimination des fuites (État 2 uniquement) |
| T, temps (moyenne) | 98 US + 32 US |
| Répétitions du circuit par seconde | 63,000 |
| La performance des applications | Profondeur de fidélité XEB 40 = 0.1 % |
| Temps estimé sur Willow par rapport au supercalculateur classique | 5 minutes contre 1025 ans |
Comprendre les ordinateurs quantiques
Les ordinateurs quantiques diffèrent fondamentalement des ordinateurs classiques utilisés au quotidien. Alors que les ordinateurs classiques traitent les informations à l’aide de transistors qui basculent entre « 1 » et « 0 », les ordinateurs quantiques s’appuient sur des particules subatomiques manipulées dans des états quantiques. Ces particules, appelées qubits, exploitent deux principes clés de la mécanique quantique :
- Superposition:Les qubits peuvent exister dans plusieurs états simultanément plutôt que d'être confinés à des valeurs binaires. Cela permet aux ordinateurs quantiques d'effectuer des types de calculs qui sont impossibles à réaliser pour les systèmes classiques. Google a validé cette capacité à l'aide du test de référence « Random Sampling Circuit », démontrant la vitesse supérieure de son ordinateur quantique.
- Enchevêtrement:Les qubits peuvent être interconnectés de telle sorte que l'état de l'un influence directement l'état d'un autre, quelle que soit la distance. Bien que le mécanisme exact à l'origine de l'intrication reste un mystère, son efficacité en informatique quantique est bien documentée. Albert Einstein a qualifié ce phénomène d'« action fantasmagorique à distance ».
Relever le défi des erreurs
Malgré leur immense potentiel, les ordinateurs quantiques sont confrontés à des défis considérables en raison des taux d’erreur. Les qubits sont extrêmement sensibles et sujets aux interférences, même minimes, des rayons cosmiques par exemple. L’observation directe d’un qubit effondre son état quantique, le transformant en un bit classique et annulant ses propriétés quantiques. Par conséquent, la correction des erreurs dans les systèmes quantiques nécessite une observation indirecte via d’autres qubits.
À mesure que la taille des ordinateurs quantiques augmente, les taux d'erreur augmentent, ce qui crée un goulot d'étranglement pour la mise à l'échelle de ces systèmes. Cependant, la division Quantum AI de Google a développé une méthode de correction d'erreur innovante qui réduit de manière exponentielle les taux d'erreur à mesure que les qubits augmentent. Cette avancée représente une avancée décisive dans la construction d'ordinateurs quantiques évolutifs et pratiques.
La route à suivre
Si les avancées de Google dans le domaine de la correction d'erreurs quantiques rapprochent le secteur de son potentiel de transformation, des défis considérables demeurent. Faire évoluer les ordinateurs quantiques jusqu'à des tailles opérationnelles nécessitera de nouvelles innovations. Néanmoins, les possibilités à long terme sont considérables.
Les ordinateurs quantiques devraient permettre des avancées majeures dans les domaines de la science des matériaux et de la biologie en permettant des calculs aux niveaux moléculaire et atomique, inaccessibles aux ordinateurs classiques. De plus, leurs applications pourraient s'étendre bien au-delà des cas d'utilisation connus aujourd'hui, ouvrant ainsi des perspectives encore inimaginables.
Le lancement par Google de la puce Willow et des avancées associées en matière de correction d'erreurs quantiques représente une avancée monumentale dans le domaine de l'informatique quantique. Si des ordinateurs quantiques pratiques et à grande échelle sont encore à l'horizon, cette étape importante souligne le potentiel de cette technologie à remodeler la découverte scientifique et à relever des défis informatiques actuellement insurmontables.
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