Un test pour arbitrer le match entre puces quantiques et supercalculateurs

Les puces quantiques en développement auront besoin d'un protocole de test adapté pour démontrer leur supériorité sur les ordinateurs classiques. Les chercheurs de la Nasa proposent un protocole basé sur l'échantillonnage de circuits quantiques aléatoires avec un algorithme qu'ils ont fait tourner sur Summit, le plus puissant supercalculateur au monde.

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Un test pour arbitrer le match entre puces quantiques et supercalculateurs
La puissance de l'ordinateur quantique Bristlecone de Google a été simulé lors d'un test d'évaluation

La course à la suprématie quantique fait rage. Mais cette démonstration de la supériorité d’un futur ordinateur quantique sur un supercalculateur classique demandera des protocoles de tests adaptés. C’est un tel test qu’ont proposé Benjamin Villalonga et son équipe du laboratoire d’intelligence artificielle du Ames Research Center de la NASA, en Californie, dans une publication mise en ligne début mai (arXiv:1905.00444).

Pas question en effet d’utiliser le classique test Linpack des supercalculateurs : l’accélération, encore théorique, des ordinateurs quantiques se cantonne à certaines tâches spécifiques. D’autre part, il faut s’assurer que l’implémentation du test sur une machine classique utilise pleinement les ressources de calcul.

Echantillonnage de circuit quantique aléatoire

Les chercheurs proposent pour test une tâche d’échantillonnage de circuit quantique aléatoire (RCS, random circuit sampling). Il s’agit d’échantillonner approximativement les chaînes de bits à partir de la distribution en sortie générée par un circuit quantique aléatoire, formés de bits quantiques, les fameux qubits. Côté ordinateur quantique, c’est une tâche naturelle, puisqu’ils sont conçus pour cela. Côté ordinateur classique, c’est une opération dont le coût en calcul augmente de façon exponentielle avec le nombre de qubits.

Pour effectuer ce protocole RCS sur une machine classique, l’équipe utilise un algorithme nommé qFlex qui permet de simuler ces circuits quantiques aléatoires. Son implémentation sur Summit, le plus puissant des supercalculateurs au monde, a permis d’atteindre une performance de 281 petaflops (soit 281 millions de milliards d’opérations par seconde) en simulant des circuits quantiques de 49 et 121 qubits.

Comparer les différentes puces quantiques

Ce protocole RCS, pointent les chercheurs, est en outre bien adapté aux puces quantiques très imparfaites aujourd’hui développées par IBM, Google, Intel et d’autres groupes. En cause, principalement, le faible nombre de qubits (72 pour Google) et, surtout, leur caractère « bruité », liés aux effets de décohérence. Baptisés NISQ (noisy intermdiate-scale quantum), ces technologies n’en offrent pas moins des possibilités d’accélération des calculs pour des tâches utiles à l’industrie. La comparaison des différentes puces quantiques va devenir cruciale. qFlex se pose en candidat au rôle d’arbitre.

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