Le processeur quantique d'IBM achève une tâche d'un million d'échantillons en 19 secondes

Une équipe de recherche américaine, BlueQubit, a utilisé le processeur quantique Nighthawk r2 d'IBM pour réaliser une expérience d'échantillonnage aléatoire de circuits quantiques, générant un million d'échantillons en seulement 19 secondes. Les chercheurs estiment que la réplication de cette tâche sur un superordinateur tel que Frontier prendrait environ 110 ans. L'expérience était dirigée par Tigran Sedrakyan, physicien de la matière condensée chez BlueQubit.

Le Nighthawk r2 est un processeur quantique supraconducteur de 120 qubits, accessible via la plateforme cloud d'IBM. L'équipe a utilisé 61 qubits et a exécuté des circuits quantiques aléatoires de complexité croissante pendant jusqu'à 40 cycles. Le point optimal a été trouvé à 36 cycles avec 918 portes à deux qubits.

L'importance de l'expérience réside non seulement dans la vitesse de génération des échantillons, mais aussi dans l'exigence que ces résultats adhèrent à une distribution de probabilité spécifique produite par le circuit quantique, une tâche notoirement difficile pour les ordinateurs classiques. L'échantillonnage aléatoire de circuits quantiques (Random Circuit Sampling, RCS) est une tâche de référence utilisée pour tester les capacités des processeurs quantiques.

Pour estimer l'effort de calcul requis par un ordinateur classique, les chercheurs ont employé des méthodes de contraction de réseaux tensoriels. Les calculs ont indiqué que la production d'un million d'échantillons nécessiterait environ 1,2 × 10²⁷ opérations de calcul. En utilisant le superordinateur Frontier, dont la performance de pointe dépasse 10¹⁸ opérations par seconde, la tâche est estimée à 110 ans. Cependant, cette estimation est basée sur un algorithme de simulation classique spécifique.

Les chercheurs ont validé les résultats à l'aide de méthodes telles que des circuits quantiques "tronqués" et des circuits miroirs. Bien que le RCS ne soit pas une application de production directe, l'expérience met en évidence les capacités des processeurs quantiques commerciaux accessibles via les plateformes cloud. Les conclusions ont été publiées sous forme de prépublication sur arXiv.