La puce Willow de Google exécute un algorithme quantique 13 000 fois plus vite que les superordinateurs : voici comment sa conception supraconductrice le rend possible

Google a annoncé une avancée majeure dans ses efforts pour parvenir à une informatique quantique utilisable. Le processeur Willow de l'entreprise aurait exécuté un algorithme complexe d'échos quantiques environ 13 000 fois plus vite que les superordinateurs classiques les plus rapides actuellement.

Willow représente une avancée significative par rapport à la percée de Google avec la puce Sycamore en 2019. Contrairement à cette dernière, la première puce supraconductrice a une valeur réelle. Selon les résultats publiés dans la revue Nature, elle s'applique au développement de l'IA, à la modélisation chimique et à la recherche sur les matériaux avancés.

Fonctionnement de la puce quantique supraconductrice de Google

La puce Willow utilise 105 qubits supraconducteurs (qubit est l'abréviation de bit quantique, l'unité d'information de base de l'informatique quantique ; il est similaire au bit de l'informatique classique). Chaque qubit fonctionne comme un atome fictif et peut contenir des informations en superposition ou dans plusieurs états simultanément.

Lorsque les qubits s'enchevêtrent (état dans lequel deux ou plusieurs qubits ont un effet l'un sur l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare), ils transmettent des informations quantiques en temps réel. Cela permet au processeur d'analyser plusieurs solutions simultanément.

Les systèmes quantiques doivent être stables pour maintenir une relation prévisible entre leurs états quantiques au fil du temps. C'est pourquoi Google a conçu Willow pour qu'il fonctionne à une température proche du zéro absolu, à l'abri de la chaleur et des interférences vibratoires.

L'architecture de la puce est optimisée pour la vitesse et la précision, et l'expérience a révélé des taux de fidélité de 99,97 % pour les portes à qubit unique et de 99,88 % pour les portes d'enchevêtrement. Willow est donc idéal pour l'exécution d'algorithmes quantiques à grande échelle.

(La fidélité d'une porte est une mesure du fonctionnement d'une porte quantique par rapport à sa version idéale, sans erreur. Plus elle est proche de 100 %, plus elle se comporte comme son modèle théorique)

Comment Google a validé les prouesses de Willow en matière d'informatique quantique

Le projet Willow est particulier en raison de sa vérifiabilité. Grâce à la capacité des résultats de l'algorithme Quantum Echoes à être validés sur différentes machines ou dans différentes conditions de laboratoire, Google a pu remplir les conditions essentielles pour revendiquer une supériorité quantique.

L'algorithme Quantum Echoes aide les chercheurs à modéliser le comportement moléculaire, les liaisons chimiques et les structures électroniques avec plus de précision que les simulations classiques. La puce a alimenté un superordinateur qui a résolu l'algorithme, fournissant des résultats en un treizième millième du temps qu'il aurait fallu à un superordinateur classique.

Comme l'a déclaré Tom O'Brien, chercheur chez Google, la reproductibilité de Willow est ce qui sépare les percées théoriques des percées pratiques. Il a déclaré : "Si nous ne pouvons pas prouver que les données sont correctes, nous ne pouvons rien en faire"

Un autre chercheur du projet, Michel H. Devoret, lauréat du prix Nobel et physicien en chef, a déclaré : "Nous avons montré que les circuits électriques peuvent se comporter comme des atomes. Maintenant, nous montrons ce que ces atomes artificiels peuvent faire"

Que signifie la percée de l'informatique quantique Willow de Google pour l'IA et la science ?

La puce supraconductrice Willow peut contribuer à réduire considérablement le temps nécessaire aux scientifiques pour simuler des systèmes biologiques. Elle a également le potentiel de traiter des scénarios dans lesquels l'informatique classique ne parvient pas à générer des ensembles de données exacts.

Le processeur de Google peut également être appliqué à la conception de nouveaux matériaux et à la formation de systèmes d'intelligence artificielle économes en données. Si elle est validée plus avant, la percée de Willow pourrait amener l'informatique quantique au seuil de la praticabilité et de l'évolutivité dans la résolution des problèmes industriels.