L'informatique classique continue de contre-poinçonner dans le dernier Quantum Smackdown

Par Doug Eadline

23 août 2023

À mesure que l’informatique quantique progresse, des annonces périodiques annoncent l’atteinte de la suprématie quantique – un test dans lequel les ordinateurs quantiques (QC) complètent un exemple d’algorithme beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. Une bonne séance de questions-réponses sur la suprématie quantique peut être trouvée sur le blog de Scott Aaronson.

L'un des résultats rendus publics remonte à 2019. Dans ce cas, un ordinateur quantique (la puce Sycamore de 53 qubits de Google) construit par Google avait fonctionné de telle manière que l'entreprise affirmait qu'il faudrait 10 000 ans pour le reproduire sur le matériel de calcul intensif de l'époque. . Le problème spécifique utilisé consistait à simuler la sortie d’une séquence aléatoire de portes et de qubits dans un ordinateur quantique. Bien que semblant entièrement autoréférentielles, les séquences de uns et de zéros ont été dérivées du comportement aléatoire des qubits, mais présentent un type particulier de résultat aléatoire que les chercheurs peuvent vérifier.

En réponse, IBM a publié un article dans lequel il affirme que les 250 pétaoctets de stockage du supercalculateur Summit à Oak Ridge pourraient en réalité stocker l'intégralité du vecteur d'état quantique de la puce Sycamore de Google. Cette configuration permettrait de calculer les mêmes résultats en 2,5 jours environ par une mise à jour par force brute de l'ensemble du vecteur d'état (les 250 pétaoctets).

Cependant, l’ajout d’une poignée de qubits supplémentaires rétablirait une avance insurmontable pour le QC. Si Google ou quelqu'un d'autre passait de 53 à 55 qubits, cela suffirait à dépasser la capacité de stockage de 250 pétaoctets de Summit. À 60 qubits, vous auriez besoin de 33 sommets, mais qui compte ?

Dans ce cas, alors que le QC retourne à son coin les bras levés en signe de célébration, l'approche classique se lève et est prête pour un autre tour.

Dans un article de 2021, des chercheurs ont souligné que Google avait choisi une méthode très spécifique pour calculer le comportement attendu de son processeur, mais qu'il existe d'autres façons d'effectuer des calculs équivalents. Depuis la publication des résultats, plusieurs options classiques ont rapporté des résultats plus performants. À titre d'exemple, dans leur article, Feng Pan, Keyang Chen et Pan Zhang ont décrit une méthode spécifique qui permet à un cluster basé sur GPU de produire les mêmes résultats que le contrôle qualité en seulement 15 heures. Les chercheurs ont noté que résoudre le problème à l’aide d’un superordinateur équipé d’un GPU (comme Summit) surpasserait le processeur quantique Sycamore.

En juin de cette année (2023), IBM a publié un résultat QC significatif dans Nature. Cette fois, au lieu de créer un type particulier de hasard, les chercheurs ont utilisé un processeur IBM Eagle de 127 qubits pour calculer ce que l'on appelle un modèle d'Ising qui simule le comportement de 127 particules magnétiques de taille quantique dans un champ magnétique. Le problème a en réalité une certaine valeur dans le monde réel, notamment le ferromagnétisme, l’antiferromagnétisme, les transitions de phase liquide-gaz et le repliement des protéines. Lorsqu’il est codé en 127 qubits, il présente une suprématie quantique en termes d’échelle plutôt que de vitesse, car même le plus grand ordinateur classique n’aura pas assez de mémoire pour résoudre le problème.

L'équipe IBM a utilisé une approche intéressante pour atténuer le bruit quantique et ainsi produire un résultat plus utilisable. Les chercheurs ont en effet introduit davantage de bruit et ont ensuite enregistré avec précision les effets sur chaque partie des circuits du processeur. Grâce à ces données, les chercheurs ont pu extrapoler à quoi auraient ressemblé les calculs sans le bruit.

Le résultat d'IBM semblait être un véritable coup de poing dans l'informatique classique, mais pas suffisamment pour provoquer un KO. Deux semaines après l'annonce, des chercheurs du Centre de physique quantique computationnelle du Flatiron Institute ont relevé le défi. Ils ont pré-publié un article sur leurs résultats et rapportent : « En adoptant une approche de réseau tensoriel, nous pouvons effectuer une simulation classique qui est nettement plus précise que les résultats obtenus par le dispositif quantique. » Ils ont également mentionné que la simulation utilisait « des ressources informatiques modestes ».

Pour ne pas être en reste, une récente pré-impression de Tomislav Begušić, Garnet Kin-Lic Chan du California Institute of Technology, a déclaré : « Nos simulations classiques sur un seul cœur d'ordinateur portable sont des ordres de grandeur plus rapides que le temps de mur rapporté du quantum. simulations »