En 2019, Google a fièrement annoncé avoir réalisé ce que les chercheurs en informatique quantique recherchaient depuis des années : la preuve que la technique ésotérique pouvait surpasser les techniques traditionnelles. Mais cette démonstration de « suprématie quantique » est contestée par des chercheurs affirmant avoir devancé Google sur un supercalculateur relativement normal.
Pour être clair, personne ne dit que Google a menti ou déformé son travail – la recherche minutieuse et révolutionnaire qui a conduit à l’annonce de la suprématie quantique en 2019 est toujours extrêmement importante. Mais si ce nouvel article est correct, la compétition entre l’informatique classique et l’informatique quantique est toujours un jeu pour tout le monde.
Vous pouvez lire l’histoire complète de la façon dont Google a fait passer le quantique de la théorie à la réalité dans l’article original, mais voici la version très courte. Les ordinateurs quantiques comme Sycamore ne sont pas encore meilleurs que les ordinateurs classiques, à l’exception peut-être d’une tâche : simuler un ordinateur quantique.
Cela ressemble à une échappatoire, mais le but de la suprématie quantique est de montrer la viabilité de la méthode en trouvant ne serait-ce qu’une tâche très spécifique et étrange qu’elle peut faire mieux que même le supercalculateur le plus rapide. Parce que cela met le pied quantique dans la porte pour élargir cette bibliothèque de tâches. Peut-être qu’à la fin toutes les tâches seront plus rapides en quantique, mais pour les besoins de Google en 2019, une seule l’était, et elles ont montré comment et pourquoi de manière très détaillée.
Maintenant, une équipe de l’Académie chinoise des sciences dirigée par Pan Zhang a publié un article décrivant une nouvelle technique de simulation d’un ordinateur quantique (en particulier, certains modèles de bruit qu’il émet) qui semble prendre une infime fraction du temps estimé pour le classique calcul pour le faire en 2019.
N’étant pas moi-même un expert en informatique quantique ni un professeur de physique statistique, je ne peux que donner une idée générale de la technique de Zhang et al. utilisé. Ils ont présenté le problème comme un grand réseau 3D de tenseurs, avec les 53 qubits de Sycamore représentés par une grille de nœuds, extrudés 20 fois pour représenter les 20 cycles que les portes Sycamore ont traversés dans le processus simulé. Les relations mathématiques entre ces tenseurs (chacun son propre ensemble de vecteurs interdépendants) ont ensuite été calculées à l’aide d’un cluster de 512 GPU.
Une illustration de l’article de Zhang montrant une représentation visuelle du réseau de tenseurs 3D qu’ils ont utilisé pour simuler les opérations quantiques de Sycamore. Crédits image : Pan Zhang et al.
Dans l’article original de Google, il a été estimé que l’exécution de cette échelle de simulation sur le supercalculateur le plus puissant disponible à l’époque (Summit at Oak Ridge National Laboratory) prendrait environ 10 000 ans – mais pour être clair, c’était leur estimation pour 54 qubits faisant 25 cycles ; 53 qubits en faisant 20 est considérablement moins complexe mais prendrait encore de l’ordre de quelques années selon leur estimation.
Le groupe de Zhang prétend l’avoir fait en 15 heures. Et s’ils avaient accès à un supercalculateur approprié comme Summit, cela pourrait être accompli en quelques secondes – plus rapidement que Sycamore. Leur article sera publié dans la revue Physical Review Letters ; vous pouvez le lire ici (PDF).
Ces résultats doivent encore être entièrement vérifiés et reproduits par ceux qui connaissent ces choses, mais il n’y a aucune raison de penser qu’il s’agit d’une sorte d’erreur ou de canular. Google a même admis que le relais pouvait être passé plusieurs fois avant que la suprématie ne soit fermement établie, car il est incroyablement difficile de construire et de programmer des ordinateurs quantiques alors que les ordinateurs classiques et leurs logiciels sont constamment améliorés. (D’autres dans le monde quantique étaient sceptiques quant à leurs affirmations au départ, mais certains sont des concurrents directs.)
Google a proposé le commentaire suivant reconnaissant la marche du progrès ici :
Dans notre article de 2019, nous disions que les algorithmes classiques s’amélioreraient (en fait, Google a inventé la méthode utilisée ici pour la simulation de circuits aléatoires en 2017, et les méthodes d’échange de fidélité contre les coûts de calcul en 2018 et 2019) – mais le point clé est que le quantum la technologie 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.
Comme l’a dit à Science le scientifique quantique de l’Université du Maryland, Dominik Hangleiter, ce n’est pas un œil au beurre noir pour Google ou un coup de poing pour le quantique en général : « L’expérience Google a fait ce qu’elle était censée faire, commencer cette course. »
Google pourrait bien riposter avec ses propres revendications – il n’est pas resté immobile non plus. Mais le fait qu’il soit même compétitif est une bonne nouvelle pour toutes les personnes impliquées ; c’est un domaine passionnant de l’informatique et des travaux comme ceux de Google et de Zhang continuent d’élever la barre pour tout le monde.