L’avantage quantique n’est pas gravé dans le marbre. Alors que nombre d’entreprises et d’académies clament avoir réalisé en quelques secondes un calcul qui aurait occupé un supercalculateur conventionnel pendant des millions d’années, des travaux de simulation (non-quantique) cherchent à les faire mentir. Poussant l’informatique conventionnelle dans ses retranchements pour mettre au défi les calculateurs quantiques.
C’est le cas de chercheurs de l’université de Bristol qui, en collaboration avec l’Imperial College de Londres et Hewlett Packard Enterprise (HPE), se sont attaqués à un problème dit d’échantillonnage de Bosons. Le même que l’université de sciences et technologie de Chine a résolu en décembre 2020, en 200 secondes avec son calculateur quantique photonique, affirmant que cela aurait demandé 600 millions d’années au meilleur supercalculateur du moment… Une durée, synonyme d'infaisabilité, que les Britanniques disent avoir réduit à 73 jours, la faisant passer dans l'ordre du réalisable.
Simuler l'impossible
Si ces travaux ne remettent pas directement en cause l’avantage quantique chinois, ils illustrent « la course excitante qui se déroule en ce moment », estime sur le site de l’université Jake Bulmer, co-auteur de l’article publié dans Science Advances le 26 janvier. « D’un côté, les chercheurs essaient de fabriquer des systèmes de calcul quantique de plus en plus complexes, qu’ils annoncent impossibles à simuler sur des calculateurs conventionnels, continue-t-il. De l'autre, des chercheurs comme nous améliorent les méthodes de simulation afin de pouvoir émuler ces machines supposément impossibles à simuler ! »
Le départ de cette course remonte à octobre 2019… avec la toute première affirmation d’avantage quantique. Google annonce alors avoir résolu en 3 minutes et 20 secondes un problème qui aurait demandé, selon lui, 10 000 ans au calculateur américain Summit – le plus puissant du monde à l’époque. Quelques jours après, IBM conteste et affirme dans un communiqué que ce calcul peut être « effectué sur un système classique en 2,5 jours et avec une fidélité bien supérieure ».
De la même manière, les scientifiques britanniques ont simulé sur un supercalculateur d’HPE un système comparable au calculateur quantique chinois Jiuzhang : un dispositif photonique complexe, composé de 300 séparateurs de faisceaux et 75 miroirs. Une machine spécialement conçue pour résoudre un problème d’échantillonnage de bosons, qui vise à simuler le comportement, aléatoire, de ces particules élémentaires. Un type de calcul théorisé en 2011 au MIT et… supposé impossible à résoudre sans les technologies quantiques.
Ces travaux démontrent « comment les superordinateurs peuvent être utilisés pour tester et étalonner les performances de calcul pour la communauté de l'informatique quantique, redéfinissant ainsi les allégations de performances théoriques que les futurs ordinateurs quantiques fourniront », estime HPE dans un communiqué. Dit autrement : ils permettent de relativiser la puissance affichée des calculateurs quantiques.
De 73 jours à... trois semaines ?
L’expérience britannique rappelle aussi que les progrès du calcul intensif vont progressivement rehausser le seuil de l’avantage quantique. Ainsi, alors que les chercheurs estiment à 73 jours le temps de calcul nécessaire au supercalculateur le plus puissant du monde pour résoudre leur algorithme, celui-ci pourrait être réduit à « environ trois semaines sur un ordinateur exascale », anticipe HPE.
Surtout, rappellent les chercheurs, que ces travaux n’exploitent pas les erreurs de l’expérience chinoise. « Donc la prochaine étape est de combiner leurs nouvelles méthodes avec des techniques exploitant les imperfections de l’expérience en laboratoire, est-il indiqué sur le site de l’Imperial College. Cela accélérera encore le temps de simulation. » Un gain de temps suffisant pour réfuter l’avantage quantique chinois ? Cela risque d’être difficile. En décembre 2021, une nouvelle version du calculateur Jiuzhang a été révélée : elle serait 10 milliards de fois plus rapide que son prédécesseur pour résoudre un problème identique.
