Un ordinateur quantique 100 % fonctionnel n’est pas encore disponible, même s’il s’en rapproche. Cependant, le potentiel de l’informatique basée sur cette physique, capable de démêler la matière noire microbienne (matériel génétique des micro-organismes encore à révéler), de découvrir de nouvelles molécules médicinales, d’identifier chaque brique d’un génome ou d’optimiser un processus financier ou industriel complexe, est il est urgent de trouver des raccourcis. Les chercheurs de BBVA, qui maintiennent une équipe spécialisée dans cette discipline avec participation publique et privée, ont réalisé une simulation quantique distribuée avec des serveurs classiques et une programmation open source, reproductible par n’importe quelle institution sans avoir besoin d’un supercalculateur ou d’un ordinateur délicat basé sur les caractéristiques exotiques. du monde subatomique. C’est-à-dire une façon de faire de l’informatique quantique avec la technologie actuelle, disponible et à la portée de tous.
Le monde physique que nous percevons est un trompe-l’œil, les ombres de la caverne de Platon poussées à l’extrême. Si nous pouvions nous jibariser à une taille subatomique, nous percevrions une dimension où nous pouvons être dans deux états en même temps (superposition), il y a téléportation, l’énergie est conduite sans pertes (supraconductivité), il y a des flux sans friction ( superfluidité) et une étrange chorégraphie marque l’interaction des particules (ordre topologique).
Démêler tout cet univers nous permettrait de répondre à des questions aussi fondamentales que ce que nous sommes et d’où nous venons, mais également de tirer parti de ses caractéristiques pour des applications pratiques telles que l’informatique quantique, avec des capacités impossibles à atteindre par l’informatique classique. L’ordinateur qui permet d’exécuter des algorithmes quantiques sans erreurs a encore une décennie, selon les prévisions les plus optimistes. Ses principaux défis sont le bruit (un simple micro-onde ou une modification de température peut ruiner le processus) et le temps de cohérence, les microsecondes pendant lesquelles la superposition d’états est maintenue, ce qui augmente de façon exponentielle la capacité de calcul.
Il existe cependant un raccourci : c’est la découverte faite par les chercheurs de BBVA. “Nous avons réussi à simuler l’exécution d’algorithmes quantiques à l’aide de machines classiques, jusqu’à atteindre une puissance de calcul totale de 38 qubits.” [bits cuánticos] et avec le résultat attendu : un ordinateur quantique idéal », résume Javier Recuenco, responsable du domaine Innovation Architecture Technique chez BBVA CIB.
« En effectuant des simulations avec des ordinateurs classiques, nous avons évité le problème du temps de cohérence et du bruit. Je peux désormais faire tourner la simulation pendant des heures et des heures », explique-t-il pour ajouter un autre élément fondamental : « L’algorithme grandit avec le nombre de qubits et j’ai besoin de plus de puissance. Tout cela doit être distribué en mémoire et nous en avons besoin en grande partie pour que cela fonctionne. Utiliser un simulateur quantique distribué devient nécessaire.
Le nouveau système n’aspire pas à surpasser les capacités d’un ordinateur quantique totalement tolérant aux pannes, si cela est une réalité, mais plutôt à profiter des avantages de l’informatique quantique avec les outils disponibles actuellement, malgré les limites. “Cela a un coût très élevé”, admet Recuenco en référence aux ressources utilisées pour la preuve de concept, la démonstration de la méthode proposée dans le cloud, qui à cette occasion provenait d’Amazon Web Service. Ils sont restés à 38 qubits, mais ils pensent que c’est évolutif.
Un ordinateur classique avec 38 bits ne pourrait représenter que autant d’états différents. Cependant, le même nombre de qubits peuvent simultanément représenter et manipuler 2³⁸ grâce à la propriété de superposition, qui permet à un qubit d’être dans un état 0, un état 1, ou n’importe quelle combinaison des deux en même temps. Par conséquent, un calcul quantique de 38 qubits peut représenter environ 274 milliards d’états différents en même temps.
La simulation quantique distribuée a une première application dans l’optimisation de portefeuille, le calcul des risques et la recherche du chemin le plus court dans les graphiques, un problème classique qui recherche le chemin optimal entre les sommets ou les nœuds. « Mais cela peut être applicable dans n’importe quel domaine. Les universités doivent être très intéressées ainsi que l’industrie chimique ou pharmaceutique. Ou pour trouver de nouveaux composants de batterie », explique le chercheur.
L’un de ses grands avantages est qu’il ne nécessite pas de superordinateur ni de réseau d’appareils quantiques. Selon Diego García Vaquero, directeur des architectures et co-chercheur du système, ils ont commencé avec des appareils dotés de seulement huit gigaoctets de RAM et ont atteint un maximum d’un térabit. Un réseau classique déjà existant dans le cloud suffit. « Et avec l’open source », précise-t-il. Cette prémisse est fondamentale pour faciliter l’utilisation de la simulation développée, qui sera publiée dans un document technique détaillé afin qu’elle soit reproductible, comme l’ont annoncé les chercheurs.
Un autre avantage de la simulation obtenue est que, en ne dépendant pas de systèmes instables, elle peut être exécutée par phases et établir ce que Recuenco appelle des « drapeaux ou points de contrôle intermédiaires » dans le processus pour voir comment l’algorithme progresse, ainsi qu’entrelacer les qubits. sans les limitations topologiques présentées par les vrais ordinateurs quantiques.
200 fois plus rapide
Cette ligne de recherche en simulation quantique est développée par des sociétés telles que Fujitsu, qui complète ces développements avec les plus grands supercalculateurs et ordinateurs quantiques au monde. En février dernier, la société a annoncé le développement d’une nouvelle technique de simulation, également basée sur la distribution, qui accélère les algorithmes hybrides (quantiques-classiques) et atteint une vitesse de calcul 200 fois plus rapide que les simulations précédentes.
Dans le cas des calculs de circuits quantiques utilisant des algorithmes hybrides, les problèmes à plus grande échelle nécessitent de nombreux qubits et jours de traitement. Les simulations dans les domaines de la découverte de matériaux et de médicaments peuvent même prendre plusieurs centaines de jours.
La technologie de Fujitsu permet de traiter simultanément un grand nombre de calculs de circuits quantiques exécutés de manière répétée et répartis sur plusieurs groupes. Fujitsu a également conçu un moyen de simplifier les problèmes à grande échelle avec moins de perte de précision en utilisant l’un des simulateurs quantiques. En une seule journée, des calculs sont effectués qui prendraient plus de six mois avec les méthodes conventionnelles.
Fujitsu estime que ces modèles accélèrent la recherche sur l’application pratique des ordinateurs quantiques dans divers domaines et sont applicables aux ordinateurs quantiques réels.
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