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Une approche hybride analogique-numérique de la simulation quantique pourrait poser les fondements de la prochaine génération de supercalculateurs, surpassant enfin leurs prédécesseurs classiques.
Les chercheurs en physique quantique de Google ont développé une approche innovante de simulation quantique qui utilise à la fois les méthodes analogiques et numériques. Cela pourrait ainsi ouvrir la voie à de nouveaux tests pour les supercalculateurs de demain.
En quoi consiste l’approche hybride de Google ?
L’équipe de Google Quantum AI voulait tester une nouvelle approche exploitant un simulateur quantique de 69 qubits supraconducteurs, alliant des méthodes analogiques et numériques.
Selon le rapport de cette équipe de scientifiques publié mercredi dans Nature, ce test hybride a démontré plusieurs avantages par rapport aux autres résultats aux autres dispositifs purement analogiques ou numériques. Cela pourrait ainsi devenir une opportunité pour faire des découvertes inédites en physique.
Trond Andersen, chercheur chez Google Quantum AI et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Nous sommes très enthousiastes, car nous pensons que cela pourrait mener à des avancées majeures et à des applications inédites sur les ordinateurs quantiques actuels ».
Les qubits d’un ordinateur quantique fonctionnent comme les bits d’un ordinateur classique. Cependant, la seule différence c’est qu’ils doivent être maintenus dans des conditions extrêmes, comme la surfusion, pour préserver leur état quantique.
Si le système est trop instable, cet état s’effondre. Les chercheurs espèrent donc que leurs travaux contribueront au développement d’ordinateurs quantiques tolérants aux pannes.
Ces ordinateurs pourront aussi être capables d’exécuter des calculs complexes sur des durées bien plus longues que les systèmes actuels.
Une approche hybride pour des simulations quantiques plus puissantes
Les chercheurs ont effectué une simulation numérique dans laquelle la dynamique quantique est générée en couplant deux qubits à la fois. Elle permet ainsi aux chercheurs d’avoir une grande flexibilité pour construire des systèmes de manière progressive.
Par contre, les simulations analogiques mesurent en continu les interactions entre tous les qubits. C’est ce qui a permis d’obtenir une représentation plus fidèle des dynamiques rapides propres aux particules quantiques.
« La principale ressource de l’informatique quantique – l’intrication – peut croître bien plus rapidement lorsque tous ces connexions sont actives simultanément », explique Trond Andersen. « Ce que nous voulons, c’est vraiment combiner les deux approches. »
Pour représenter cette approche hybride, l’équipe a d’abord préparé l’état quantique à l’aide de portes numériques, proposant une flexibilité accrue à l’état initial du système. Ensuite, elle a basculé la simulation vers un mode analogique. Cette étape offre une évolution rapide du système vers des états quantiques complexes avant que le bruit ne le perturbe.
Enfin, le retour à une simulation numérique a montré un contrôle plus précis et une analyse détaillée des états obtenus, une combinaison qui maximise les avantages des deux méthodes.
Une simulation quantique hybride qui pourrait être à l’origine d’une nouvelle physique
Grâce à cette nouvelle simulation, les chercheurs ont observé une divergence entre leurs simulations et le mécanisme de Kibble-Zurek.
Le mécanisme de Kibble-Zurek est une théorie conçue pour expliquer la rupture de symétrie des champs dans l’univers primitif. Il prédit la dynamique et les défauts apparaissant dans un système évoluant à un rythme fini.
« Nos résultats ne correspondent pas du tout aux prédictions, ce qui nous a d’abord inquiétés », confie Trond Andersen. « Mais après avoir mené davantage d’expériences, nous avons réalisé qu’il ne s’agissait pas d’une erreur, mais bien de l’émergence d’une nouvelle physique. »
Notons que l’un des grands objectifs de la recherche quantique est de concevoir un ordinateur quantique capable de résoudre des problèmes hors de portée des machines classiques.
Pour ce faire, les scientifiques doivent explorer les états quantiques complexes et limiter l’accumulation de bruit dans le système.
Et vous, pensez-vous que ce simulateur quantique de Google pourra réellement transformer la physique ?
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