Avec 27 qubits, IBM et Trinity redéfinissent la simulation quantique

Dans le monde des technologies, l’informatique quantique détient une place privilégiée pour son potentiel à transformer les domaines de recherche et de commerce. Un partenariat prometteur entre IBM et le Trinity College Dublin vient de donner lieu à une publication notable dans la revue NPJ Quantum Information, une des publications majeures dans le domaine.

IBM, entreprise mondiale reconnue, domine le domaine passionnant de la simulation quantique. Dans cette étude, l’ordinateur quantique en phase initiale comptait 27 qubits supraconducteurs, localisé au laboratoire d’IBM à Yorktown Heights, New York, et était programmé à distance depuis Dublin.

Simulation quantique : un sujet d’intérêt majeur

Au-delà des applications commerciales, l’informatique quantique offre des réponses à des questions fondamentales. L’équipe de Trinity et IBM Dublin s’est penchée sur une telle question liée à la simulation quantique.

“De manière générale, simuler les dynamiques d’un système quantique complexe avec de nombreux constituants en interaction représente un défi majeur pour les ordinateurs conventionnels,” précise le Professeur John Goold du Trinity College Dublin.

Il évoque la complexité croissante de la simulation avec l’ajout de qubits et souligne l’idée avancée par Richard Feynman, lauréat du prix Nobel, sur l’utilisation des systèmes quantiques pour simuler la dynamique quantique.

« D’une manière générale, le problème de la simulation de la dynamique d’un système quantique complexe avec de nombreux composants en interaction est un défi formidable pour les ordinateurs conventionnels. Prenons l’exemple des 27 qubits de cet appareil. En mécanique quantique, l’état d’un tel système est décrit mathématiquement par un objet appelé fonction d’onde. Afin d’utiliser un ordinateur standard pour décrire cet objet, il faut stocker un très grand nombre de coefficients en mémoire et les exigences augmentent de manière exponentielle avec le nombre de qubits ; environ 134 millions de coefficients, dans le cas de cette simulation.« 

« Si vous augmentez le système à 300 qubits, par exemple, vous aurez besoin de plus de coefficients qu’il n’y a d’atomes dans l’univers observable pour décrire un tel système et aucun ordinateur classique ne sera en mesure de capturer exactement l’état du système. En d’autres termes, nous nous heurtons à un mur lorsque nous simulons des systèmes quantiques. L’idée d’utiliser des systèmes quantiques pour simuler la dynamique quantique remonte au physicien américain Richard Feynman, lauréat du prix Nobel, qui a proposé que les systèmes quantiques soient mieux simulés à l’aide de systèmes quantiques. La raison en est simple : on exploite naturellement le fait que l’ordinateur quantique est décrit par une fonction d’onde, ce qui permet de contourner le besoin de ressources classiques exponentielles pour le stockage de l’état.

Le Professeur Goold détaille ensuite les spécificités de la simulation réalisée, axée sur le comportement à long terme des excitations de spin dans les chaînes de spin. Il met en évidence l’importance de cette étude dans la compréhension des dynamiques quantiques, confirmée par leur travail sur l’ordinateur quantique.

Les défis de la programmation quantique

Nathan Keenan, souligne les défis rencontrés lors de la programmation : « Le plus grand problème de la programmation des ordinateurs quantiques est d’effectuer des calculs utiles en présence de bruit« , a-t-il déclaré. « Les opérations effectuées au niveau de la puce sont imparfaites et l’ordinateur est très sensible aux perturbations de son environnement de laboratoire. Par conséquent, il faut minimiser la durée d’exécution d’un programme utile, car cela réduira le temps pendant lequel ces erreurs et ces perturbations peuvent se produire et affecter votre résultat« .

Juan Bernabé-Moreno, Directeur de IBM Research UK & Ireland, reconnaît le succès du partenariat avec Trinity College Dublin, tout en soulignant l’engagement de longue date d’IBM dans le domaine de l’informatique quantique.

En synthèse

La collaboration entre IBM et le Trinity College Dublin ouvre une nouvelle ère dans la simulation quantique. Avec des physiciens quantiques comme ceux de Trinity en première ligne, l’avenir de l’informatique quantique semble prometteur et riche en découvertes.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

L’informatique quantique est une technologie utilisant les principes de la mécanique quantique pour traiter des informations à une vitesse et une échelle impossibles pour les ordinateurs classiques.

Quel est le rôle des qubits ?

Les qubits sont les éléments constitutifs de la logique quantique, comparables aux bits dans l’informatique classique.

Qu’est-ce qu’une simulation quantique ?

C’est une représentation informatisée d’un système quantique pour étudier son comportement.

Référence : 10.1038/s41534-023-00742-4

Légende image : Un ordinateur quantique IBM similaire a été programmé par l’équipe de Dublin