IBM forge un enchevêtrement pour doubler les simulations quantiques en “ découpant un circuit plus grand en circuits plus petits ”

IBM affirme avoir trouvé un moyen de résoudre les problèmes en utilisant moins de qubits qu’auparavant, doublant ainsi la capacité d’un système quantique en combinant à la fois des ressources quantiques et classiques.

Ces affirmations figurent dans un article de recherche récemment publié, dans lequel une équipe d’IBM a démontré ce qu’elle appelle le “forgeage par intrication” pour simuler l’énergie de l’état fondamental d’une molécule d’eau, représentant 10 orbitales de spin en utilisant seulement cinq qubits d’un processeur quantique au lieu de 10 Une orbitale de spin est une fonction d’onde qui couvre à la fois la position et le moment cinétique de spin d’une seule particule.

Il s’avère que le forgeage de l’intrication implique l’utilisation d’un ordinateur classique pour capturer les corrélations quantiques et diviser efficacement le problème en deux, permettant de séparer les 10 orbitales de spin en deux groupes de cinq qui pourraient être traités séparément. Cela double la taille du système qui peut être simulé sur du matériel quantique.

Dans l’article, publié dans la revue open source PRX Quantum, l’équipe de recherche d’IBM décrit comment elle a réussi à représenter l’état d’énergie fondamentale d’une molécule d’eau en utilisant seulement cinq qubits du processeur quantique Falcon 27 qubit d’IBM. Le forgeage par enchevêtrement pourrait considérablement augmenter la puissance de calcul des systèmes quantiques, a affirmé IBM.

Il s’agit probablement d’un petit pas sur la voie de la fabrication d’ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes complexes du monde réel. Il a été estimé que le matériel quantique aura besoin de milliers de qubits pour résoudre de nombreux problèmes pratiques, et devra également devenir beaucoup plus fiable.

Cependant, le forgeage par enchevêtrement est une méthode particulièrement évolutive, selon Sarah Sheldon, l’une des chercheuses d’IBM Quantum qui a co-écrit l’article. Cela vaut pour les problèmes impliquant un faible enchevêtrement, au moins.

Le forgeage par enchevêtrement peut également être appliqué à des systèmes qui ne sont pas faiblement enchevêtrés, mais cela signifie faire plus de travail sur l’ordinateur classique pour déterminer la meilleure façon de partitionner le système ou pour représenter la corrélation entre les deux moitiés, a-t-elle expliqué.

La technique de forgeage par intrication consiste essentiellement à diviser le système simulé en deux moitiés faiblement intriquées, à modéliser ces moitiés séparément sur un ordinateur quantique, puis à utiliser des ressources classiques pour calculer l’intrication entre elles.

Dans ce cas, les deux moitiés correspondent aux parties spin-up et spin-down de la molécule.

Les résultats des deux moitiés séparées sont introduits dans une sommation qui est pondérée par une liste de valeurs qui déterminent la structure d’intrication du système d’origine, représentant les corrélations entre les deux moitiés.

Un ordinateur classique est utilisé pour représenter la structure d’intrication entre les deux moitiés en gardant une trace de cette liste de valeurs, et ces valeurs déterminent ensuite les expériences plus petites que l’ordinateur quantique doit exécuter pour calculer les propriétés de l’état entier, a déclaré IBM.

Naturellement, IBM pense que cette technique de forgeage par intrication s’avérera utile pour résoudre des problèmes quantiques dans un avenir proche.

“Le forgeage par enchevêtrement vous permet essentiellement de découper un circuit plus grand en circuits plus petits que nous pouvons exécuter sur du matériel plus petit”, a déclaré Blake Johnson, responsable de la plate-forme IBM Quantum, dans un communiqué.

“Les circuits plus petits ne sont pas seulement plus faciles à exécuter. Ils sont également capables de tolérer beaucoup plus de bruit simplement parce qu’ils sont plus petits.”

Pendant ce temps, les progrès se poursuivent sur l’élargissement des systèmes quantiques. Le processeur Falcon 27 qubits d’IBM date de 2019 et a depuis été dépassé par des systèmes plus grands, y compris le propre Eagle 127 qubits d’IBM l’année dernière. Comme indiqué à l’époque, IBM a l’intention d’utiliser cette conception pour passer à un processeur de 433 qubits appelé Osprey cette année, et à un processeur de 1 121 qubits appelé Condor en 2023.

Les investisseurs continuent également à injecter de l’argent dans les entreprises développant des systèmes quantiques. Une entreprise appelée Atom Computing a récemment remporté un tour de financement de série B de 60 millions de dollars après avoir annoncé son ordinateur quantique de 100 qubits, par exemple, tandis que la startup suisse Terra Quantum a également levé 60 millions de dollars lors d’un tour de financement de série A. ®