Lancement du premier ordinateur quantique optique entièrement programmable : 7 800 milliards de fois plus puissant que le supercalculateur le plus puissant Fugaku

Les supercalculateurs sont généralement utilisés pour résoudre des problèmes qui ne peuvent pas être résolus par les ordinateurs classiques. Et si la vitesse des supercalculateurs n'est pas suffisante ? Désormais, un nouveau type d’ordinateur quantique photonique peut accomplir une tâche qui prendrait plus de 9 000 ans à un superordinateur conventionnel en seulement 36 microsecondes.

Cet ordinateur quantique photonique, baptisé Borealis, est la première machine capable de fournir des avantages quantiques au public via le cloud.

Théoriquement, les ordinateurs quantiques présentent des avantages quantiques et peuvent trouver des réponses à des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas résoudre. La puissance de calcul des ordinateurs quantiques augmente de façon exponentielle avec le nombre de qubits.

Les géants de la technologie comme Google, IBM, Amazon et les startups comme IonQ s'appuient sur des qubits basés sur des circuits supraconducteurs ou des pièges à ions. L’un des inconvénients de ces méthodes est qu’elles nécessitent toutes des températures extrêmement basses, car la chaleur peut détruire les qubits, et les systèmes permettant de contrôler les basses températures sont très coûteux.

En revanche, les ordinateurs quantiques basés sur des qubits de photons peuvent en principe fonctionner à température ambiante et peuvent être facilement intégrés dans les systèmes de télécommunications existants à base de fibre, aidant potentiellement à connecter des ordinateurs quantiques à des réseaux puissants, et même à se connecter à l'Internet quantique. .

Ces dernières années, des ordinateurs quantiques tels que Sycamore et Jiuzhang ont été lancés les uns après les autres. Parmi eux, Jiuzhang-2 est un prototype d'informatique quantique basé sur les photons développé par l'Université des sciences et technologies de Chine. Sur le problème d'échantillonnage gaussien de Bose, la vitesse de traitement de Jiuzhang-2 est de plusieurs milliards de fois (10 à la puissance 24). plus rapide que le supercalculateur le plus rapide.

Le principal inconvénient du Nine Chapter Two est qu'il repose sur des miroirs et des lentilles réfléchissants fixes. Il n'est donc pas programmable, ce qui limite son application globale.

Maintenant, dans une nouvelle étude intitulée « Quantum Computing Superiority of Programmable Photonic Processors », la startup d'informatique quantique basée à Toronto, Xanadu, a dévoilé un tout nouvel appareil, Borealis, qui pourrait être le premier ordinateur quantique photonique entièrement programmable. . Cette recherche a été officiellement publiée dans la revue Nature le 1er juin. "Borealis est le premier ordinateur pour toute personne disposant d'une connexion Internet" Une machine accessible au public présentant les avantages de l'informatique quantique », a déclaré Jonathan Lavoie, auteur principal de l'étude et chef de l'équipe d'intégration des systèmes Xanadu. Dans Borealis, les qubits sont constitués de ce qu'on appelle des « états comprimés », formés par des impulsions de lumière. Il s’agit de la superposition de plusieurs photons. En raison de la nature surréaliste de la physique quantique, les qubits traditionnels peuvent exister dans un état appelé superposition, où ils peuvent représenter 0 ou 1 des données, tandis que les états compressés peuvent exister dans des états de 0, 1, 2, 3 ou plus.

Borealis est capable de générer jusqu'à 216 séquences d'impulsions lumineuses compressées. "Il est important de réaliser que Borealis n'est pas équivalent à un dispositif conventionnel de 216 qubits. Parce qu'il utilise des qubits dans un état compressé, il gère des tâches quantiques différentes de celles des dispositifs basés sur des qubits de circuits supraconducteurs ou des pièges à ions", a déclaré Lavoie.

GBS de haute dimension provenant d'un processeur photonique entièrement programmable.

Dans l'expérience, les chercheurs ont testé Borealis dans une tâche appelée Gaussian Boson Sampling, en utilisant une machine pour analyser des patchs de données aléatoires. L'échantillonnage des bosons gaussiens pourrait avoir de nombreuses applications pratiques, telles que l'identification des molécules les mieux adaptées les unes aux autres.

Lors de travaux antérieurs, Jiuzhang-2 a détecté jusqu'à 113 photons dans 144 impulsions lumineuses compressées. Dans ce travail, Borealis a détecté jusqu'à 219 photons dans sa séquence d'impulsions lumineuses compressées, contre un niveau typique de 125. Au total, les scientifiques estiment que

Borealis peut effectuer un échantillonnage de bosons gaussiens 7,8 billions de fois plus rapidement que Fugaku, le supercalculateur conventionnel le plus rapide au monde en 2021

.

Une avancée clé de Borealis est l’utilisation de détecteurs résolvant le nombre de photons. Les machines précédentes utilisaient des détecteurs à seuil conçus pour faire la distinction uniquement entre « aucun photon détecté » et « au moins un photon détecté ». Lavoie a déclaré que la taille des problèmes informatiques qu'un ordinateur quantique à photons peut résoudre augmente de façon exponentielle avec le nombre de photons qu'il peut détecter, de sorte que le détecteur de résolution du nombre de photons permet à Borealis de fonctionner plus de 50 millions de fois plus rapidement que les ordinateurs quantiques à photons précédents. . Xanadu met Borealis à la disposition de tous via le cloud. "Nous travaillons également avec des partenaires pour le rendre plus largement disponible", a déclaré Lavoie. "Nous espérons que sa disponibilité publique inspirera davantage de recherches sur l'avantage quantique et l'échantillonnage des bosons gaussiens en général."

Lavoie a déclaré que les recherches futures sur Xanadu seront entièrement axées sur la correction des erreurs et éventuellement sur la tolérance aux erreurs pour résoudre les problèmes quantiques. Le problème le plus précieux en informatique. De nombreuses technologies et leçons apprises lors de la construction de Borealis seront intégrées à l'architecture des [futurs modèles].

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