Google a récemment présenté son dernier processeur quantique, baptisé “Willow”. L’équipe de recherche qui l’a conçu a également testé ses performances, et les résultats ont été publiés dans la revue Nature.
Un grand engouement s’est créé autour de cette avancée, soulevant des interrogations sur la viabilité des ordinateurs quantiques capables de résoudre de nombreux problèmes pratiques.
Ces résultats ont également suscité des débats fascinants autour de la compréhension de la puissance du traitement de l’information quantique et de sa capacité à résoudre des problèmes que même les ordinateurs classiques les plus puissants peinent à traiter.
Bit contre qubit
Les ordinateurs traitent des informations stockées sous forme de 0 et de 1. Dans le cas des ordinateurs classiques, un système physique avec deux états possibles représente ces 0 et 1, appelés bits. Par exemple, un circuit électrique capable de deux niveaux de tension, l’un correspondant à 0 et l’autre à 1. Un ordinateur classique est un ensemble de bits, dont les informations sont contrôlées et manipulées par des opérations physiques appelées opérations logiques. Prenons l’exemple d’une porte logique AND, qui accepte deux entrées (0 ou 1) et produit 1 lorsque les deux entrées sont à 1, sinon elle renvoie 0.
À l’opposé, un qubit a deux états distincts représentant 0 et 1, mais il peut également exister en superposition, c’est-à-dire dans des états qui combinent 0 et 1. Cette caractéristique, appelée superposition quantique, ne peut pas être réalisée par des bits classiques. Pour représenter les contributions de 0 et 1 dans un qubit, il faut deux nombres distincts. Par exemple, pour deux bits, deux nombres sont nécessaires; pour deux qubits, il en faut quatre, tandis que pour dix qubits, on en nécessite 1 024.
Difficulté d’isolement
Les principaux obstacles à la réalisation des ordinateurs quantiques résident dans la nature fragile des états quantiques. Contrairement aux bits classiques qui sont robustes, les qubits sont délicats et peuvent s’effondrer face à la moindre perturbation. Cela limite non seulement la capacité des qubits à conserver l’information, mais également l’efficacité des calculs. Par conséquent, des erreurs peuvent survenir lors des opérations.
Par exemple, lorsqu’un bit est censé représenter 0, il y a une petite probabilité qu’il se transforme en 1, ce que l’on appelle une erreur de flip de bit. Pour identifier et corriger ces erreurs, des protocoles de correction d’erreur sont mis en place.
Un 0 peut être représenté par trois bits dans l’état 000. Si on rencontre une erreur, les résultats pourraient être 100, 010 ou 001, selon le bit qui a basculé. Pour corriger une erreur, il suffit de déterminer quel bit a été altéré.
Pour les ordinateurs quantiques, une des approches pour atténuer les effets des erreurs consiste à utiliser des qubits supplémentaires pour suivre les erreurs qui surviendraient durant le calcul. Cependant, cette solution devient plus complexe avec des états en superposition en raison du théorème de non-clonage quantique.
Le taux d’erreur
D’après Google, son nouveau processeur quantique Willow présente une correction d’erreur nettement améliorée, le rendant plus rapide que d’autres ordinateurs quantiques et même que les ordinateurs classiques. Les chercheurs ont testé Willow en l’utilisant pour résoudre un problème computationnel difficile.
Willow dispose de 105 qubits physiques et fonctionne à des températures proches du seuil théorique le plus bas (0 K, -273,15 °C). Près de la moitié de ceux-ci sont des qubits de données, et les autres sont des qubits de mesure. Les qubits supraconducteurs ne sont pas strictement en système à deux états. Lors des opérations, le système physique peut passer à d’autres états en plus de 0 et 1, ce qui peut introduire des erreurs. Certains qubits sont donc réservés pour corriger ces erreurs de ‘fuite’.
Pas de cul-de-sac
La tâche computationnelle difficile pour laquelle Willow a été testée est appelée échantillonnage de circuits aléatoires (RCS). Dans ce cadre, Willow doit calculer la probabilité d’apparition de chaînes de 0 et de 1 en sortie lorsque les portes quantiques agissant sur les qubits sont choisies aléatoirement. En absence de bruit, le RCS devient une tâche computationnelle complexe.
Willow a réussi cette tâche en quelques minutes, alors qu’un ordinateur classique le plus puissant aurait besoin de 10 septillions d’années pour l’effectuer. Cela soulève la question de savoir si, à terme, les ordinateurs classiques pourraient rivaliser avec Willow. Les chercheurs estiment que nous avons encore du chemin à parcourir pour concevoir des processeurs quantiques suffisamment performants pour des applications pratiques. Néanmoins, cette avancée laisse entrevoir un avenir prometteur dans la recherche de solutions à des problèmes complexes, allant de la conception de nouveaux médicaments à la modélisation climatique.
Article original rédigé par : S. Srinivasan.
Points à retenir
- Le processeur quantique Willow de Google est conçu pour aborder des problèmes pratiques complexes.
- La distinction entre bits et qubits est cruciale dans les avancées de l’informatique quantique, avec les qubits offrant des états de superposition.
- La correction d’erreurs est un défi majeur, mais des méthodes comme le code de surface permettent de détecter et corriger les erreurs sans violer les principes quantiques.
- Le taux d’erreur des ordinateurs quantiques continue de diminuer, ce qui pourrait permettre une computation presque sans erreur à l’avenir.
Dans l’ensemble, les développements autour de Willow soulèvent des questions captivantes sur l’avenir de l’informatique quantique. Alors que nous avançons dans ce domaine, il est impératif de poursuivre les recherches pour surmonter les obstacles restants, ce qui pourrait nous offrir des outils puissants pour résoudre des problèmes d’une complexité inédite. Quelles autres applications pratiques pourrions-nous envisager dans un avenir proche grâce à ces technologies émergentes ?
Ce processeur quantique Willow semble vraiment prometteur ! J’imagine quelles innovations pourraient émerger grâce à lui. Qui sait, peut-être que la clé de nouveaux médicaments se cache là-dedans ?
L’innovation de Google avec le processeur quantique Willow est fascinante. Cela pourrait ouvrir des portes vers des solutions inédites, que ce soit en médecine ou en climatologie.
L’innovation de Google avec Willow semble prometteuse. Ce mélange de science et de technologie pourrait transformer notre manière de résoudre des problèmes complexes. Hâte de voir les prochaines avancées!
C’est fascinant de voir comment le processeur Willow pourrait transformer notre manière de résoudre des problèmes complexes. J’ai hâte de voir où cela nous mènera!