Les scientifiques de Sandia National Labs inventent un nouveau critère d’analyse comparative des performances.
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique a en commun avec un choix de premier plan dans le sport ? Les deux ont beaucoup attiré l’attention des dénicheurs de talents. Les ordinateurs quantiques, des machines expérimentales capables d’effectuer certaines tâches plus rapidement que les superordinateurs, sont constamment évalués, tout comme les jeunes athlètes, pour leur potentiel à devenir un jour une technologie révolutionnaire.
Désormais, les scientifiques-éclaireurs disposent de leur premier outil pour classer la capacité d’une technologie potentielle à exécuter des tâches réalistes, révélant ainsi son véritable potentiel et ses limites.
Un nouveau type de test de référence, conçu par Sandia National Laboratories, prédit la probabilité qu’un processeur quantique exécute un programme spécifique sans erreur.
La méthode dite du circuit miroir, publiée aujourd’hui (20 décembre 2021) dans Physique de la nature, est plus rapide et plus précis que les tests conventionnels, aidant les scientifiques à développer les technologies les plus susceptibles de conduire au premier ordinateur quantique pratique au monde, ce qui pourrait considérablement accélérer la recherche en médecine, chimie, physique, agriculture et sécurité nationale.
Jusqu’à présent, les scientifiques mesuraient les performances sur des parcours d’obstacles d’opérations aléatoires.
Sandia National Laboratories a conçu un style de test plus rapide et plus précis pour les ordinateurs quantiques, comme celui illustré ici. Crédit : Bret Latter, Sandia National Laboratories
Mais selon la nouvelle recherche, les tests de référence conventionnels sous-estiment de nombreux l’informatique quantique les erreurs. Cela peut conduire à des attentes irréalistes quant à la puissance ou à l’utilité d’une machine quantique. Les circuits miroirs offrent une méthode de test plus précise, selon le document.
Un circuit miroir est une routine informatique qui effectue un ensemble de calculs, puis l’inverse.
Tim Proctor, informaticien de Sandia National Laboratories, est le premier auteur de l’article de Nature Physics décrivant une nouvelle façon de comparer les ordinateurs quantiques. Crédit : Tim Proctor, Laboratoires nationaux Sandia
« C’est une pratique courante dans la communauté de l’informatique quantique de n’utiliser que des programmes aléatoires et désordonnés pour mesurer les performances, et nos résultats montrent que ce n’est pas une bonne chose à faire », a déclaré l’informaticien Timothy Proctor, membre du Quantum Performance Laboratory de Sandia qui participé à la recherche.
La nouvelle méthode de test permet également de gagner du temps, ce qui aidera les chercheurs à évaluer des machines de plus en plus sophistiquées. La plupart des tests de référence vérifient les erreurs en exécutant le même ensemble d’instructions sur une machine quantique et un ordinateur conventionnel. S’il n’y a pas d’erreurs, les résultats doivent correspondre.
Cependant, comme les ordinateurs quantiques effectuent certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs conventionnels, les chercheurs peuvent attendre longtemps la fin des ordinateurs normaux.
Avec un circuit miroir, cependant, la sortie doit toujours être la même que l’entrée ou une modification intentionnelle. Ainsi, au lieu d’attendre, les scientifiques peuvent immédiatement vérifier le résultat de l’ordinateur quantique.
La recherche a été financée par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie et le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia. Sandia est un membre éminent du Quantum Systems Accelerator, un centre national de recherche quantique du ministère de l’Énergie.
Une nouvelle méthode révèle des défauts dans les évaluations de performance conventionnelles
Proctor et ses collègues ont découvert que les tests randomisés manquent ou sous-estiment les effets composés des erreurs. Lorsqu’une erreur est aggravée, elle s’aggrave au fur et à mesure que le programme s’exécute, comme un récepteur large qui emprunte le mauvais chemin, s’éloignant de plus en plus de l’endroit où ils sont censés être au fur et à mesure que le jeu continue.
En imitant les programmes fonctionnels, Sandia a découvert que les résultats finaux présentaient souvent des écarts plus importants que les tests randomisés ne le montraient.
“Nos expériences d’analyse comparative ont révélé que les performances des ordinateurs quantiques actuels sont beaucoup plus variables sur les programmes structurés” qu’on ne le savait auparavant, a déclaré Proctor.
La méthode du circuit miroir permet également aux scientifiques de mieux comprendre comment améliorer les ordinateurs quantiques actuels.
“En appliquant notre méthode aux ordinateurs quantiques actuels, nous avons pu en apprendre beaucoup sur les erreurs que subissent ces appareils particuliers, car différents types d’erreurs affectent différents programmes de manière différente”, a déclaré Proctor. « C’est la première fois que ces effets sont observés dans des processeurs à plusieurs qubits. Notre méthode est le premier outil pour sonder ces effets d’erreur à grande échelle. »
Référence : « Mesurer les capacités des ordinateurs quantiques » 20 décembre 2021, Physique de la nature.
DOI : 10.1038 / s41567-021-01409-7
