Par Leah Crane

Lasers

Les lasers sont utilisés dans un nouveau type de calcul quantique appelé échantillonnage de bosons

IM_VISUALS / Shutterstock

Un nouveau type de calcul quantique appelé échantillonnage de bosons est capable d’effectuer des calculs qu’aucun ordinateur classique ne pourrait accomplir dans un laps de temps raisonnable. C’est la deuxième fois qu’un algorithme quantique prétend réaliser cet exploit, connu sous le nom de suprématie quantique, après que Google ait revendiqué la suprématie quantique à l’aide de son appareil Sycamore en 2019.

L’échantillonnage du boson repose sur une étrange propriété quantique des photons – des particules de lumière – qui s’affiche lorsqu’ils traversent un séparateur de faisceau, qui divise un seul faisceau de lumière en deux faisceaux se propageant dans des directions différentes. Si deux photons identiques frappent le séparateur de faisceau exactement au même moment, ils ne se sépareront pas l’un de l’autre, au lieu de cela, ils collent ensemble et voyagent tous deux dans la même direction.

Si vous tirez de nombreux photons à travers une séquence de séparateurs de faisceaux plusieurs fois de suite, des motifs commencent à émerger dans les trajets des photons qui sont extrêmement difficiles à simuler ou à prévoir avec des ordinateurs classiques. La recherche d’ensembles possibles de chemins de photons dans cette configuration s’appelle l’échantillonnage de bosons, et un dispositif d’échantillonnage de bosons est un type d’ordinateur quantique, même s’il a un objectif très étroit.

Publicité

Une équipe dirigée par Jian-Wei Pan de l’Université des sciences et technologies de Chine a construit un dispositif d’échantillonnage de boson appelé Jiuzhang en utilisant des impulsions laser envoyées dans un labyrinthe de 300 séparateurs de faisceaux et 75 miroirs. Un échantillonneur de boson parfait aurait une fidélité de 1 sur de nombreux essais, ce qui signifie qu’il correspond parfaitement aux prévisions théoriques. Jiuzhang avait une fidélité de 0,99.

Les chercheurs ont calculé qu’il serait impossible de simuler un échantillonnage de boson avec une aussi haute fidélité sur un ordinateur classique – il faudrait 600 millions d’années au supercalculateur japonais Fugaku, l’ordinateur classique le plus puissant au monde, pour accomplir ce que Jiuzhang peut faire en juste 200 secondes. Le quatrième supercalculateur le plus puissant, le Sunway TaihuLight, prendrait 2,5 milliards d’années.

« Cela montre qu’il est possible d’atteindre la suprématie quantique en utilisant un échantillonnage de bosons photoniques, ce dont beaucoup de gens avaient douté, et qui représente un chemin matériel complètement différent de celui des qubits supraconducteurs utilisés par Google », explique Scott Aaronson de l’Université du Texas à Austin.

Bien que ce soit une réalisation impressionnante, la suprématie quantique signifie seulement que cet appareil est meilleur que les ordinateurs classiques pour une tâche extrêmement spécifique. «Cela ne veut pas dire construire un ordinateur quantique évolutif, ou un ordinateur quantique universel, ou un ordinateur quantique utile», explique Aaronson.

Changer le mécanisme d’échantillonnage des bosons pour permettre aux chercheurs de suspendre l’expérience, de faire des mesures et de rediriger certains photons pourrait lui permettre de faire plus de types de calculs différents, mais cette prochaine étape sera extrêmement difficile à réaliser. Jusque-là, l’échantillonnage des bosons pourrait ne pas être très utile.

«Il n’est pas évident que l’échantillonnage de bosons ait des applications en soi, en plus de démontrer la suprématie quantique», déclare Aaronson. Cependant, dit-il, il est possible que cela puisse être utile en chimie quantique ou en génération de nombres aléatoires pour le cryptage.

Référence du journal: Science, DOI: 10.1126 / science.abe8770

En savoir plus sur ces sujets: