Les scientifiques de Google ont révélé une nouvelle méthode de « simulation quantique » qui utilise la puissance de calcul pour imiter le comportement d’un puissant système quantique. Cette approche, selon eux, pourrait conduire à ordinateurs quantiques qui peut dépasser les supercalculateurs dans les cinq ans et conduire à percées dans la découverte de médicaments et le développement de la batterie.
La simulation quantique est un processus dans lequel les ordinateurs simulent les processus physiques et les grands systèmes quantiques, tels que des molécules complexes. Essentiellement, les ingénieurs simulent des processus physiques qui sont dominés par les effets de la physique quantique.
Mais cela est difficile à faire avec les ordinateurs classiques parce que vous devez modéliser l’interaction de toutes les parties avec toutes les autres particles. Étant donné que les particules subatomiques ont la probabilité d’être dans plusieurs états à la fois et peuvent être enchevêtrées les unes avec les autres, la complexité de ces calculs monte rapidement lorsque vous augmentez le nombre de particules impliquées.
Plutôt, Les scientifiques se tournent vers les ordinateurs quantiquesdont le comportement est déjà régi par les lois de mécanique quantiquepour résoudre les problèmes. Parce que la physique quantique est intégrée dans le fonctionnement de ces systèmes. Si le qubits sont empêtrés ou liés entre eux de la bonne manière, ils peuvent imiter les plus grands systèmes quantiques sans avoir à calculer explicitement chaque étape de l’évolution du système.
C’est là que la « simulation quantique » entre en jeu. Il existe deux types de simulation quantique. La simulation numérique permet aux chercheurs de pivoter sélectivement entre les états quantiques en empêchant et en démêlant différentes paires de qubit (deux qubits enchevêtrés) en série. La simulation analogique, quant à elle, est beaucoup plus rapide. Cela implique une enchevêtrement de tous les qubits à travers un système à la fois – mais comme les qubits peuvent être sujets aux erreurs, cela augmente le risque que la sortie de la simulation devienne un bruit dénué de sens.
La nouvelle approche de la simulation quantique, décrite le 5 février dans une étude publiée dans la revue Naturetire parti de ces deux options en mélangeant des simulations numériques et analogiques dans une seule approche à plusieurs niveaux.
Théorie de la simulation
Cette approche « hybride » commence par une couche de simulation numérique, où les scientifiques utilisent la flexibilité du système pour préparer les états quantiques initiaux de chaque paire de qubit – choisissant la position la plus pertinente pour commencer. Ensuite, le processus passe à la simulation analogique, qui peut évoluer vers les états quantiques spécifiques que les scientifiques veulent étudier.
Enfin, le processus revient à une simulation numérique pour affiner et sonder les états quantiques pour résoudre les problèmes les plus intéressants de la physique simulés.
La nouvelle recherche signifie que les ordinateurs quantiques surpasseront probablement les superordinateurs conventionnels en milieu pratique au cours des cinq prochaines années, Hartmut Nevenle fondateur et lead de Google Quantum AI, a déclaré dans un communiqué envoyé par e-mail. Les estimations temporelles varient considérablement, certains suggérant que cela peut atteindre 20 ans ou réalisable dans le prochain couple.
Les scientifiques ont déjà démontré que les puces informatiques quantiques de Google, y compris Sycomore Et le nouvellement sorti Saulepeut surpasser les superordinateurs les plus puissants – mais jusqu’à présent seulement dans l’analyse comparative. Pour atteindre la suprématie dans un scénario pratique, les scientifiques ont déclaré qu’ils devaient apporter des améliorations supplémentaires dans l’étalonnage et la précision du contrôle, ainsi que l’amélioration du matériel. Ils doivent également identifier les problèmes qui peuvent être résolus par simulation quantique et sont trop complexes pour résoudre à l’aide d’ordinateurs classiques.
Cependant, la nouvelle recherche hybride permet aux ordinateurs quantiques d’aujourd’hui de renforcer les capacités des superordinateurs les plus rapides. Et cette approche hybride est déjà exploitée pour faire de nouvelles découvertes scientifiques, que les scientifiques de Google ont réalisés pour tester leur nouvelle approche. Par exemple, dans le comportement des aimants, les scientifiques de Google ont répondu aux questions sur le comportement d’un aimant lorsqu’il est refroidi à des températures extrêmement basses, et comment l’énergie passe d’un chaud à une partie froide.
L’approche hybride a également été utilisée pour montrer que le Mécanisme de kibble-zurek (KZM) – un modèle largement considéré qui prédit où les défauts se forment dans un matériau – ne tenait pas toujours. Au lieu de cela, la nouvelle simulation hybride a révélé une physique entièrement nouvelle. Ceci est un exemple du type de découvertes que la simulation quantique de l’approche hybride peut aborder, ont déclaré les scientifiques.
