En 2019, Google a montré que son ordinateur quantique Sycamore pouvait résoudre un problème qu’aucun ordinateur ordinaire ne pouvait gérer – mais maintenant un nouvel algorithme donne l’avantage aux dispositifs non quantiques

Par Matthieu Sparkes

Google a été défié par un algorithme qui pourrait résoudre un problème plus rapidement que son ordinateur quantique Sycamore, qu’il a utilisé dans 2019 pour revendiquer le premier exemple de « suprématie quantique » – le point auquel un ordinateur quantique peut accomplir une tâche qui serait impossible pour les ordinateurs ordinaires. Google concède que son record de 2019 ne tiendra pas, mais affirme que les ordinateurs quantiques finiront par l’emporter.

Sycamore a atteint la suprématie quantique dans une tâche qui consiste à vérifier qu’un échantillon de nombres émis par un circuit quantique a une distribution vraiment aléatoire, qu’il a pu compléter en 3 minutes et 20 secondes. L’équipe de Google a déclaré que même le supercalculateur le plus puissant du monde à l’époque, ibm’s Summit, prendrait 10 000 ans pour obtenir le même résultat.

Maintenant Pan Zhang à l’Académie chinoise des sciences de Pékin et ses collègues ont créé un algorithme amélioré pour un ordinateur non quantique qui peut résoudre le problème de l’échantillonnage aléatoire beaucoup plus rapidement, contestant l’affirmation de Google selon laquelle un ordinateur quantique est le seul moyen pratique de le faire. Les chercheurs ont constaté qu’ils pouvaient sauter certains des calculs sans affecter la sortie finale, ce qui réduit considérablement les exigences de calcul par rapport aux meilleurs algorithmes précédents.

Les chercheurs ont exécuté leur algorithme sur un cluster de 512 GPU (unités de traitement graphique), accomplissant la tâche en environ 15 heures. Bien que cela soit beaucoup plus long que Sycamore, ils montrent dis-le qu’une approche informatique classique reste pratique.

Ils ont également calculé que s’ils étaient capables d’exécuter leur algorithme efficacementsur un supercalculateur exascale – ce qui n’est pas acquis, car il y a des frais généraux de performance dans la traduction du code pour ces machines –il pourrait résoudre le problème en « quelques dizaines de secondes », battant le temps de Sycamore. Le La première machine exascale publique n’a été mise en ligne que cette année, bien que certains soient considérés comme opérant en privé.

Ashley Montanaro à l’Université de Bristol, au Royaume-Uni, affirme que bien que les améliorations apportées à l’algorithme classique soient impressionnantes, comparer le matériel quantique de 2019 avec du matériel classique de pointe comme un supercalculateur exascale ignore le probable gains dans la recherche en informatique quantique au cours des trois dernières années.

« Je pense qu’il a toujours été clair à l’époque où Google a fait son expérience qu’il allait y avoir un développement de meilleurs algorithmes classiques qui essaieraient en quelque sorte de rivaliser avec l’ordinateur quantique parce que Google s’est en quelque sorte coincé la tête au-dessus du parapet », dit-il.

Zhang dit que l’algorithme de son équipe est « massivement plus efficace que les méthodes existantes », mais concède également qu’il est peu probable que les ordinateurs classiques suivent le rythme des machines quantiques pour certaines tâches. « Finalement, les ordinateurs quantiques présenteront des avantages écrasants par rapport à l’informatique classique dans la résolution de problèmes spécifiques », dit-il.

L’étude de l’équipe de Zhang n’est pas le premier défi contre l’affirmation de Google, bien qu’elle soit peut-être la plus forte. Après l’annonce de Google en 2019, IBM a affirmé que Summit aurait pu terminer la tâche en deux jours et demi, mais surtout, il n’a pas mené l’expérience, même à plus petite échelle comme l’équipe de Zhang l’a fait.

Dans une déclaration, Sergio Boixo, scientifique principal chez Google Quantum AI, a déclaré: « Dans notre article de 2019, nous avons dit que les algorithmes classiques s’amélioreraient … mais le point clé est que la technologie quantique s’améliore exponentiellement plus rapidement. Nous ne pensons donc pas que cette approche classique puisse suivre le rythme des circuits quantiques en 2022 et au-delà, malgré des améliorations significatives au cours des dernières années. »

Référence de la revue : Lettres d’examen physique, sous presse