Un processeur quantique IBM résout en 19 secondes une tâche de 110 ans

Les chercheurs ont soumis le processeur quantique Nighthawk r2 d’IBM à une série d’expériences impliquant l’application de 36 cycles d’opérations sur 61 qubits. Cette configuration a généré 918 interactions entre paires de qubits, produisant un million de résultats distincts en seulement 19 secondes.

L’objectif n’était pas de résoudre un problème pratique immédiat, mais de tester la capacité de la machine à créer des motifs de probabilité difficiles à reproduire pour un ordinateur conventionnel. Selon Tigran Sedrakyan, dirigeant de BlueQubit, une entreprise basée à San Francisco spécialisée dans les logiciels et plateformes cloud de calcul quantique, simuler ces échantillons avec une fidélité comparable sur Frontier, l’un des supercalculateurs les plus puissants au monde, exigerait environ 110 années de calcul continu.

Vérification par circuits miroirs et approximations

Pour valider ces résultats sans disposer de la solution exacte, les scientifiques ont employé deux méthodes complémentaires. Ils ont d’abord divisé le circuit complet en sous-groupes plus petits, permettant aux ordinateurs classiques de calculer précisément les sorties attendues pour estimer la fidélité globale. Ensuite, ils ont utilisé des circuits miroirs où la machine exécute une séquence d’opérations suivie immédiatement de sa réversion exacte.

Dans un système idéal, cette inversion devrait ramener les qubits à leur état initial. L’écart observé mesure ainsi le bruit accumulé durant le processus. Ces deux approches ont fourni des concordances étroites, confirmant que le signal quantique persistait malgré la complexité croissante du calcul. À 36 cycles, la fidélité restante s’établissait autour de 0,23 %, un seuil jugé suffisant pour démontrer un avantage computationnel face aux méthodes classiques existantes.

Rôle décisif de la vitesse de réinitialisation

La rapidité de l’expérience repose largement sur l’architecture matérielle du Nighthawk r2. Bien qu’il dispose de 120 qubits programmables, son amélioration majeure par rapport aux processeurs Heron précédents réside dans son mécanisme de réinitialisation active. Ce système draine l’énergie résiduelle des qubits, réduisant le temps d’inactivité entre chaque cycle à un microseconde.

IBM indique que cette optimisation permet d’exécuter plus de 100 000 circuits par seconde, contre environ 4 000 pour la génération précédente. Une charge de travail qui aurait occupé un processeur Heron pendant 25 secondes peut donc être traitée par le Nighthawk r2 en approximativement une seconde, rendant possible la collecte massive de données en un temps record.

Limites et contexte historique de l’avantage quantique

Ces conclusions, présentées dans un pré-impression non encore évalué par des pairs, s’inscrivent dans une course longue durée vers la suprématie quantique. Elles rappellent que les estimations initiales sont souvent contestées. Lors de l’expérience Sycamore de Google en 2019, un délai de 10 000 ans avait été avancé, avant qu’une simulation sur le supercalculateur Sunway ne réduise ce temps à 304 secondes en 2021.

Les auteurs du nouvel étude reconnaissent que le chiffre de 110 ans dépend de l’utilisation spécifique de réseaux tensoriels et suppose une mémoire illimitée. Des algorithmes plus efficaces ou des stratégies d’approximation pourraient diminuer considérablement cet écart. Néanmoins, le fait que cette prouesse soit réalisable via le cloud sur du matériel accessible aux chercheurs externes marque une étape significative dans la disponibilité des capacités quantiques avancées.