Google annonce le premier avantage quantique vérifiable – 13 000 fois plus rapide qu’un superordinateur

Même le superordinateur Frontier, l’un des plus rapides au monde, aurait mis plus de trois ans pour exécuter le calcul d’un algorithme mesurant les dits « échos quantiques », tandis que l’ordinateur quantique de Google, équipé de la puce Willow, a accompli cette tâche en un peu plus de deux heures.

L’essentiel

• Google développe les « échos quantiques »
• Puce Willow avec 65 ou 105 qubits
• 13 000 fois plus rapide qu’un algorithme classique
• Les échos quantiques mesurent la probabilité de retour à l’état initial
• Applications dans le développement de médicaments et de matériaux

Les percées dans le domaine de l’informatique quantique restent encore majoritairement théoriques. Selon ses propres déclarations, Google affirme désormais avoir réalisé, grâce à un algorithme baptisé « Quantum Echoes », le premier avantage quantique vérifiable. Il s’agit selon un ingénieur.de d’une tâche de calcul dont le résultat peut être confirmé indépendamment par d’autres groupes de recherche.

Les expériences menées conjointement par Google et une équipe de recherche ont été réalisées sur la puce Willow, déjà connue, qui offre, selon sa configuration, soit 65 soit 105 qubits et est conçue pour fonctionner de manière particulièrement stable et peu sujette aux erreurs.

Selon Google, l’algorithme exécuté sur la puce Willow était environ 13 000 fois plus rapide que le meilleur algorithme classique exécuté sur le superordinateur Frontier, l’un des plus rapides au monde à ce jour. Ce dernier aurait, selon le média t3n, nécessité environ 3,2 ans pour effectuer le calcul que l’ordinateur quantique de Google a réalisé en un peu plus de deux heures, comme décrit dans la revue scientifique Nature et rapporté par t3n.

Une comparaison avec l’effet papillon

Les échos quantiques sont selon le professeur Klaus Richter de l’université de Ratisbonne, apparentés aux échos de spin et servent notamment à calculer la probabilité de retour d’un état à N particules, évolué dans le temps, à son état initial.

Derrière le nom anglais « Quantum Echoes » se cache un algorithme appelé Out-of-Time-Order-Correlator (OTOC), concept mathématique initialement développé pour étudier la stabilité et la propagation de l’information dans les systèmes quantiques. Les OTOC décrivent ainsi dans quelle mesure deux états quantiques sont intriqués lorsqu’ils sont mesurés à des instants différents, ou, de façon simplifiée, comment une petite perturbation dans le système s’amplifie au fil du temps.

De petits impulsions, de grands effets : les échos quantiques montrent comment les perturbations se propagent dans des systèmes quantiques fortement interconnectés. (Source de l’image : Unsplash / Alessandra Wolfsberger)

Un jeune journaliste scientifique d’Ingenieur.de explique ainsi ce phénomène en le comparant au « célèbre effet papillon de la théorie du chaos, mais à l’échelle individuelle des quanta ».

L’expérience se déroule, selon lui, en plusieurs phases : après des opérations directes viennent des perturbations ciblées, induites par une manipulation intentionnelle des qubits, qui se propagent dans l’ensemble du processeur, car tous les qubits y sont intriqués. Ensuite, des opérations inverses répètent toutes les étapes précédentes dans l’ordre inverse, ou « rembobinent » le processus, afin de restaurer l’état initial.

Enfin, l’état est à nouveau lu, permettant de mesurer l’« écho » résultant et d’évaluer dans quelle mesure l’information initiale a été modifiée par le bruit ou par les interactions.

Un miroir temporel avec la RMN comme premier champ d’application

L’écho quantique fournit donc, en quelque sorte, une sorte de « miroir temporel ». Google et une équipe internationale de recherche ont déjà identifié une première application concrète à l’aide de la méthode de résonance magnétique nucléaire (RMN), utilisée en chimie ou en médecine pour déterminer les structures atomiques et les liaisons moléculaires.

Les « Quantum Echoes » de Google ont ainsi servi de « règle moléculaire » permettant de mesurer avec précision les distances et les couplages entre atomes. Lors de ce test, des molécules comportant 15 et 28 atomes ont été utilisées.

Les résultats obtenus coïncident avec ceux des méthodes RMN établies, mais fournissent en outre des informations sur les structures chimiques que les méthodes conventionnelles ne peuvent pas produire. Google désigne cette capacité sous le nom de « Quantum-Scope », en référence aux télescopes et aux microscopes capables de pénétrer dans de nouvelles dimensions de la vision.

Le géant des moteurs de recherche anticipe que, sur la base de ces recherches menées avec l’algorithme « Quantum Echoes », des applications concrètes dans le développement de nouveaux médicaments et matériaux seront possibles dans les cinq prochaines années.

Le physicien Michel Devoret, lauréat du prix Nobel de physique et chercheur principal chez Google Quantum AI, qualifie cette avancée de « jalon » et déclare, selon Ingenieur.de : « Ce nouveau travail présente l’ordinateur quantique comme un outil permettant de révéler les structures moléculaires – non seulement dans le cadre de la RMN, mais aussi, à l’avenir, peut-être dans celui de la capteurique quantique. »

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