Certains pourraient considérer les jeux comme un simple divertissement, mais pour le professeur Emanuele Dalla Torre de l’université Bar-Ilan en Israël et son équipe, les jeux sont utiles pour mesurer l’efficacité des ordinateurs quantiques commerciaux actuels.
Dans une étude récente publiée dans Advanced Quantum TechnologiesDalla Torre et deux de ses étudiants, Meron Sheffer et Daniel Azses, décrivent comment ils ont mené un jeu mathématique collaboratif sur différentes technologies pour évaluer 1) si les systèmes présentaient des propriétés mécaniques quantiques et 2) à quelle fréquence les machines fournissaient les bons résultats. L’équipe a ensuite comparé les résultats à ceux générés par un ordinateur classique.
Parmi les technologies testées, seule la Système Quantinuum Modèle H1-1Powered by Honeywell, a surpassé les résultats classiques. Selon M. Dalla Torre, les ordinateurs classiques ne donnent la bonne réponse que 87,5 % du temps. Le H1-1 a donné la bonne réponse dans 97 % des cas. (L’équipe a également testé le jeu sur le System Model H0, aujourd’hui retraité, qui a obtenu 85 %).
Ce que nous voyons dans le H1, c’est que la probabilité n’est pas de 100 pour cent, ce n’est donc pas une machine parfaite, mais elle est encore nettement supérieure au seuil classique. Elle se comporte de manière mécanique quantique”, a déclaré M. Dalla Torre.
Jouer le jeu
Le jeu mathématique auquel Dalla Torre et son équipe ont joué nécessite des corrélations non locales. En d’autres termes, il s’agit d’un jeu collaboratif dans lequel les parties du système ne peuvent pas communiquer pour résoudre les problèmes ou marquer des points.
“Il s’agit d’un jeu collaboratif basé sur certaines règles mathématiques, et les joueurs marquent un point s’ils parviennent à les satisfaire toutes”, a déclaré Dalla Torre. “La principale difficulté est que, pendant le jeu, les joueurs ne peuvent pas communiquer entre eux. S’ils pouvaient communiquer, ce serait facile – mais ils ne le peuvent pas. Imaginez que vous construisiez quelque chose sans pouvoir vous parler. Il y a donc une limite à ce que vous pouvez faire. Pour les machines de ce jeu, c’est le seuil classique.”
Les ordinateurs quantiques sont particulièrement adaptés à la résolution de tels problèmes car ils suivent les propriétés de la mécanique quantique, qui permettent des effets non locaux. Selon la mécanique quantique, quelque chose qui se trouve à un endroit peut instantanément affecter quelque chose d’autre qui se trouve à un endroit différent.
“Ce que cette expérience démontre, c’est qu’il existe un effet non local, ce qui signifie que lorsque vous mesurez l’un des qubits, vous affectez en fait les autres instantanément”, a déclaré Dalla Torre.
Moins de bruit, plus de performances
Dalla Torre attribue les performances de la technologie Quantinuum à leur faible niveau de “bruit”.
Tous les ordinateurs quantiques commerciaux qui fonctionnent aujourd’hui subissent du bruit ou des interférences provenant de diverses sources. L’élimination ou la suppression de ce bruit est essentielle pour mettre à l’échelle la technologie et réaliser des systèmes tolérants aux pannes, un principe de conception qui empêche les erreurs de se produire en cascade dans un système et de corrompre les circuits.
“Le bruit dans ce contexte signifie simplement une imperfection – c’est comme une faute de frappe”, a déclaré M. Dalla Torre. “Ainsi, un ordinateur quantique effectue un calcul et parfois il vous donne une mauvaise réponse. Le terme technique est NISQ, échelle intermédiaire bruyante quantum computing. This is the general name of all the devices that we have right now. These are devices that are quantum, but they are not perfect ones. They make some mistakes.”
For Dr. Brian Neyenhuis, Commercial Operations Group Leader at Quantinuum, projects such as Dalla Torre’s are useful benchmarks of early quantum computers and, also help demonstrate and more clearly understand the difference between classical and quantum computation.
After seeing the initial results from the H0 system, he worked with Dalla Torre to run it again on the upgraded H1 system (still only using six qubits).
“We knew from a large number of standard benchmarks that the H1 system was a big step forward for us, but it was still nice to see such a clear signal that the improvements that we had made translated directly to better performance on this non-local game,” Dr. Neyenhuis said.
What’s next
Dalla Torre and his students completed the experiment through the Microsoft Azure Quantum platform. “Being able to do this kind of work on the cloud is vital for the growth of quantum experimentation,” he said. “The fact that I was sitting in Israel at Bar-Ilan University and I could connect to the computers and use them using on the internet, that’s something amazing.”
Dalla Torre and his team would like to expand this sort of research in the future, especially as commercial quantum computers add qubits and reduce noise.
Reference: “Playing Quantum Nonlocal Games with Six Noisy Qubits on the Cloud” by Meron Sheffer, Daniel Azses and Emanuele G. Dalla Torre, 22 January 2022, Advanced Quantum Technologies.
DOI: 10.1002/qute.202100081
