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Google prétend officiellement avoir atteint la suprématie quantique

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Le mois dernier, le monde de l’informatique quantique s’est illuminé avec la nouvelle que Google aurait peut-être atteint la suprématie quantique. Une version préliminaire d’un article a fait surface sur le site Web de la NASA affirmant cela, mais a été rapidement mise hors ligne. Maintenant, la version finale du même document a été publiée dans La nature, revendiquant formellement ce qu’impliquaient auparavant l’apparition et la disparition rapides du brouillon. Google affirme avoir atteint la soi-disant suprématie quantique en démontrant un ordinateur quantique capable de résoudre un problème qu’aucun ordinateur classique ne pourrait résoudre en un temps raisonnable.

Est-ce le moment où la suprématie quantique est absolument incontestablement atteinte ? D’après IBM, non. Voici ce qui se passe.

Atteindre la suprématie quantique

Pour atteindre la suprématie quantique, Google doit démontrer qu’un ordinateur quantique a effectué une série d’opérations à des vitesses qui les ordinateurs classiques sont littéralement incapables de réaliser. Il y a des problèmes qu’un ordinateur classique moderne ne pourrait pas finir de résoudre en utilisant les méthodes les plus connues d’aujourd’hui avant la mort thermique de l’univers.

Les scientifiques, cependant, ont une fâcheuse tendance à trouver des moyens plus rapides de calculer les charges de travail en améliorant les algorithmes sous-jacents utilisés pour le faire. L’écriture d’algorithmes extrêmement efficaces est un sujet incroyablement complexe, touchant à tout, des capacités de la plate-forme matérielle au langage et au compilateur utilisé pour générer le code sous-jacent. Trouver de nouveaux raccourcis et des méthodes plus efficaces pour résoudre les problèmes est un moyen majeur d’améliorer la vitesse d’analyse des données complexes dans le calcul classique HPC, au-delà de l’impact de la loi de Moore et d’autres améliorations matérielles.

Il y a quelques jours à peine, avant la publication officielle de l’article de Google dans La nature, IBM a publié un article affirmant qu’il existe un moyen d’exécuter la charge de travail choisie par Google sur une machine classique. Google affirme avoir atteint la suprématie quantique parce que le « processeur Sycamore de l’entreprise prend environ 200 secondes pour échantillonner une instance d’un circuit quantique un million de fois – nos références indiquent actuellement que la tâche équivalente pour un supercalculateur classique de pointe prendrait environ 10 000 ans.

google-bristlecone

Une ancienne puce quantique de Google, Bristlecone.

Et voici IBM :

Comme nous l’avons soutenu dans cet article, le stockage secondaire peut étendre la portée de calcul des supercalculateurs pour la simulation de circuits quantiques… Nous estimons que sur le supercalculateur Summit des laboratoires nationaux d’Oak Ridge, le stockage secondaire permet la simulation de circuits Sycamore de 53 et 54 qubits. avec une haute fidélité à une profondeur arbitraire… En particulier, pour 20 cycles du motif d’intrication ABCDCDAB, qui est spécifiquement conçu pour défier les algorithmes de simulation classiques, nous estimons que les calculs prendraient environ deux jours et demi.

Google dit avoir atteint la suprématie quantique en effectuant un calcul qui ne peut pas être effectué sur un système classique dans un délai raisonnable. IBM tente de court-circuiter la capacité de Google à revendiquer la couronne de suprématie quantique en arguant que non, Google ne l’a pas fait réellement atteindre la suprématie quantique parce qu’IBM estime qu’il pourrait étendre un supercalculateur de manière particulière qui lui permettrait d’effectuer le même calcul en 2,5 jours.

C’est une faible réfutation de la part d’IBM. D’une part, Google décrit quelque chose qu’il a fait, tandis qu’IBM décrit quelque chose qu’il a théorisé pourrait être fait. D’autre part, mettre debout un ordinateur quantique et dire « Nous avons trouvé un moyen d’effectuer une tâche beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur classique ne le fait aujourd’hui » est toujours pertinent dans le cadre plus large de la recherche et de l’amélioration quantiques. Si le travail effectué en informatique quantique stimule des travaux qui conduisent à des algorithmes informatiques classiques plus efficaces, c’est un gagnant-gagnant en ce qui concerne le développement de logiciels.

Il peut être plus facile de comprendre la relation entre l’informatique quantique et classique en se référant aux tout premiers jours de l’informatique numérique. Alors que les ordinateurs numériques ont finalement devancé les ordinateurs analogiques, les premières machines numériques étaient des systèmes électromécaniques basés sur des relais qui étaient beaucoup plus lents que les ordinateurs analogiques de l’époque. Il y avait d’importants hybrides informatiques numériques-analogiques qui tiraient parti des meilleures caractéristiques des deux mondes avant que les ordinateurs numériques ne prennent complètement le contrôle du paysage de la fabrication.

Si vous y réfléchissez de ce point de vue, la « suprématie numérique » n’était pas un événement isolé. Les ordinateurs analogiques se sont améliorés au fil des décennies, tout comme les ordinateurs numériques, et les meilleurs systèmes analogiques de 1960, par exemple, étaient plus rapides et plus performants que le meilleur ordinateur analogique de 1920. Les machines numériques se sont toutefois améliorées plus rapidement et étaient capables de traiter un éventail de problèmes beaucoup plus large. Les ordinateurs numériques ont remplacé les systèmes analogiques au fil du temps.

Une distinction importante entre l’informatique quantique et classique par rapport au numérique par rapport à l’analogique est que personne ne s’attend à ce que les ordinateurs quantiques remplacent jamais les machines classiques. Les ordinateurs quantiques nécessitent de l’azote liquide pour fonctionner et il n’y a aucun moyen de dupliquer ce type de configuration de refroidissement dans une boîte que vous placeriez sous votre bureau ou que vous déposeriez dans une poche. Nous n’envisageons pas le même type de cycle de remplacement à long terme, dans ce cas, mais nous devrions nous attendre à ce que, à mesure que les ordinateurs quantiques et classiques continuent d’évoluer, les ordinateurs classiques continueront d’être capables de traiter des tests qu’ils ne pouvaient pas auparavant. calculer efficacement. Les ordinateurs quantiques, cependant, augmenteront leurs capacités dans ces tests d’une manière fondamentalement différente.

L’expert en informatique quantique Scott Aaronson fait valoir ce point dans son blogen train d’écrire:

Avec une puce de 53 qubits, il est parfaitement possible de voir une accélération d’un facteur de plusieurs millions, dans un régime où vous pouvez toujours vérifier directement les sorties, et aussi de voir que l’accélération augmente de façon exponentielle avec le nombre de qubits, exactement comme le prédirait une analyse asymptotique.

En d’autres termes, même s’il y a une accélération intelligente qui peut rendre cela spécifique solution simulable sur un ordinateur classique, la croissance rapide du nombre de qubits dans un ordinateur quantique universel empêchera bientôt de telles solutions de fonctionner. À mesure que le nombre de qubits disponibles augmente, le nombre de problèmes que l’informatique quantique peut résoudre augmente également.

Donc. A Google Tout à fait atteint la suprématie quantique? Cela ressemble à ça pour le moment, bien que beaucoup de gens très attentifs vont disséquer ce document dans les jours et les semaines à venir. Mais alors qu’IBM essaie de faire valoir que ce n’est pas le cas, je ne vois pas beaucoup de scientifiques faire écho à cette affirmation. Pendant de nombreuses années, on s’est vraiment demandé s’il était possible de construire un ordinateur quantique. Aujourd’hui, les chercheurs se demandent comment construire des machines capables d’effectuer un travail utile. Même si l’article de Google devait être rétracté, la question de la suprématie quantique semble être une question de « quand », et non de « si ».

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