Les chercheurs ont développé une méthode expérimentale pour déterminer si les fonctions exécutées par un ordinateur quantique sont le résultat de la mécanique quantique ou simplement une variante astucieuse de la physique classique.
Dans une étude historique publié 22 avril 2025, dans le journal Examen physique Xles chercheurs décrivent un test expérimental qui démontre et certifie une activité informatique qui ne peut être réalisée que grâce à la mécanique quantique.
Les scientifiques y sont parvenus en créant un « nid d’abeilles » programmable de 73 qubits. processeur quantique et l’entraîner à l’aide d’une technique hybride quantique-classique appelée circuit quantique variationnel (VQC). Il s’agit d’une boucle d’apprentissage automatique dans laquelle un ordinateur classique aide de manière itérative un ordinateur quantique à effectuer une tâche avec une plus grande précision.
Dans ce cas, la tâche de l’ordinateur était d’atteindre un état d’énergie si bas qu’il ne pouvait pas être atteint par la physique classique. En confirmant cet état énergétique, les chercheurs ont démontré la mécanique quantique.
Exploiter les lois de la mécanique quantique
L’un des objectifs ultimes de l’informatique quantique est de repousser les limites de ce que les ordinateurs peuvent faire au-delà de ce que permettent les lois de la physique classique. Les ordinateurs binaires, tels que nos téléphones, ordinateurs portables, PC, serveurs et supercalculateurs sont limités par les lois fondamentales de la physique classique.
Les bits de l’informatique classique utilisent des 1 et des 0 pour effectuer des calculs complexes, mais ils ne peuvent traiter les calculs qu’en séquence. En fin de compte, il y a une limite à ce qu’ils peuvent accomplir dans un délai raisonnable.
Les ordinateurs quantiques, quant à eux, utilisent des qubits – l’équivalent quantique d’un bit classique – pour exploiter les lois étranges de la mécanique quantique, telles que intrication quantiquepour effectuer des calculs complexes en parallèle. Là où l’état d’un bit peut être représenté comme activé ou désactivé (avec un 1 ou un 0), un qubit occupe une superposition des états activé et désactivé (ce qui signifie qu’il peut s’agir d’un état ou de n’importe quelle combinaison d’états) jusqu’à ce qu’il soit mesuré.
À une taille suffisante, l’espace de calcul théorique d’un ordinateur quantique devient mathématiquement insoluble pour un système informatique binaire — ceci est décrit comme « avantage quantique » ou «suprématie quantique« .
Bien que les phénomènes quantiques puissent être démontrés à l’aide d’expériences telles que l’expérience de la double fentecertifier qu’un système multi-qubits exploite véritablement la mécanique quantique est un défi. Cela devient également exponentiellement plus difficile à mesure que le nombre de qubits dans un système quantique augmente.
Le test de Bell et l’action effrayante à distance
Des physiciens comme Albert Einstein ont longtemps envisagé le seuil à partir duquel les phénomènes quantiques enfreignent les lois de la physique newtonienne. Essentiellement, le problème se résume à savoir s’il n’existe pas d’explication classique pour une opération quantique, ou si nous n’en avons tout simplement pas trouvé.
Par exemple, face à l’enchevêtrement, Einstein l’a qualifié d’« action effrayante à distance ». Sa vision du monde, basée sur le réalisme local, insistait sur le fait que les objets ne sont affectés que par leur environnement immédiat (localité) et que leurs propriétés existent définitivement avant que nous les mesurions (réalisme).
L’intrication brise cette relativité. Lorsque deux particules s’entremêlent, elles existent dans un état de non-localité. Pour le prouver, les scientifiques effectuent une Test de clochedu nom du physicien irlandais John Stewart Bell. Cela implique de mesurer les particules intriquées de plusieurs manières choisies au hasard et de vérifier les résultats statistiques.
Si les corrélations entre les résultats mesurés sont plus fortes que ce que n’importe quelle théorie classique pourrait jamais autoriser – une limite connue sous le nom d’inégalité de Bell – alors le système est dit non local.
Cela prouve que « l’action effrayante à distance » est réelle et n’est pas seulement le résultat du hasard, d’une supercherie mathématique ou d’une simulation classique.
Simulations de force brute
L’un des principaux obstacles pour déterminer si les calculs quantiques sont réellement de nature quantique est le fait que les ordinateurs classiques peuvent simuler des états quantiques, jusqu’à un certain point, en utilisant les mathématiques de la force brute. Il est donc difficile de déterminer exactement ce qui se passe « sous le capot ».
Puisqu’aucun signal d’alarme ni aucune sirène n’indiquent que les lois de la physique ont été enfreintes lors de l’exécution d’une opération quantique, les scientifiques doivent trouver des moyens de démontrer la mécanique quantique sous-jacente à ces opérations.
Pour y parvenir, les chercheurs ont mené une expérience en utilisant un ordinateur quantique de 73 qubits en le réglant à son état énergétique le plus bas possible, puis en mesurant l’énergie dans le système.
En physique classique, l’état fondamental le plus bas pouvant être atteint est zéro. Une balle qui dévale une colline a un état d’énergie élevé et excité. À son état d’énergie le plus bas, son état fondamental, la balle est au repos sans énergie.
Parce que cela n’est pas possible selon les lois de la physique classique, la confirmation de cet état négatif est, par définition, une certification que la physique qui dirige le système est bien quantique.
Le résultat confirmé était une énergie si faible qu’elle tombait en dessous du niveau d’énergie minimum absolu qu’un système classique pourrait jamais posséder, à 48 écarts types.
Les chercheurs ont certifié ces corrélations non locales dans des groupes allant jusqu’à 24 qubits au sein d’un système plus vaste, le plus grand nombre jamais certifié en même temps de cette manière, ont écrit les scientifiques dans l’étude.
Ce travail établit une méthode pionnière pour vérifier l’activité quantique, ont-ils ajouté.
Avec un développement ultérieur, ces techniques pourraient aider les ingénieurs à certifier les performances de diverses architectures quantiques, à comprendre quand les états quantiques se « décohérent » en états classiques et à fournir les bases pour construire des ordinateurs quantiques encore plus grands et plus puissants.
