La puce quantique Willow de Google exécute un algorithme qui démontre un avantage quantique vérifiable sur du matériel, une avancée majeure vers les applications concrètes de l'informatique quantique

Google a annoncé une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, dévoilant le tout premier avantage quantique vérifiable grâce à sa puce quantique Willow. Dans le cadre de cette recherche, la puce Willow a exécuté l'algorithme « Quantum Echoes » et démontré des vitesses 13 000 fois plus rapides que les meilleurs supercalculateurs classiques au monde. Cette percée dépasse non seulement les limites informatiques précédentes, mais ouvre également la voie à des applications pratiques dans des domaines tels que la médecine et la science des matériaux, ouvrant ainsi la voie à l'impact réel de l'informatique quantique.

L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des modèles de calcul associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'exploitant que des phénomènes décrits par la physique classique, notamment l'électricité ou la mécanique classique. En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes décrits par la mécanique quantique, comme l'intrication quantique ou la superposition quantique. Les opérations ne sont plus basées sur la manipulation de bits dans un état 1 ou 0, mais de qubits en superposition d'états 1 et 0. Comme toutes les sciences dites « quantiques », l'informatique quantique est une science qui traite de sujets en rapport avec l'infiniment petit. Ainsi, ce qui permet les super-calculateurs quantiques en informatique, c'est l'utilisation d'unités de calculs infiniment petits et pouvant contenir énormément d'informations, qu'on appelle des Qbits (des Qtrits et des Qdits aussi, selon ce qu'on veut faire). Ce traitement particulier a permis notamment des prouesses de miniaturisation et des avancées spectaculaires pour augmenter les cadences de calcul, mais aussi pour construire de nouveaux outils, comme les lunettes quantiques.

Google a publié le 22 octobre dernier une recherche qui montre, pour la première fois dans l'histoire, qu'un ordinateur quantique peut exécuter avec succès un algorithme vérifiable sur du matériel, surpassant même les superordinateurs classiques les plus rapides (13 000 fois plus rapide). L'ordinateur peut calculer la structure d'une molécule et ouvre la voie à des applications concrètes.

Les récents progrès réalisés par Google sont le fruit de décennies de travail et de six années de percées majeures. En 2019, l'entreprise a démontré qu'un ordinateur quantique pouvait résoudre un problème qui prendrait des milliers d'années au superordinateur classique le plus rapide. Puis, à la fin de l'année dernière (2024), la nouvelle puce quantique Willow de Google a montré comment réduire considérablement les erreurs, résolvant ainsi un problème majeur qui préoccupait les scientifiques depuis près de 30 ans. La récente percée de l'entreprise la rapproche considérablement des ordinateurs quantiques capables de mener à des découvertes majeures dans des domaines tels que la médecine et la science des matériaux.


« Imaginez que vous essayez de retrouver un navire perdu au fond de l'océan. La technologie sonar pourrait vous donner une forme floue et vous dire : « Il y a une épave là-dessous. » Mais que se passerait-il si vous pouviez non seulement trouver le navire, mais aussi lire la plaque signalétique sur sa coque ? C'est le genre de précision sans précédent que nous venons d'atteindre avec notre puce quantique Willow. Aujourd'hui, nous annonçons une avancée algorithmique majeure qui marque une étape importante vers une première application concrète », a déclaré Google.

Dans un article récemment publié dans la revue Nature, Google a démontré le premier avantage quantique vérifiable en exécutant l'algorithme OTOC (Out-of-Order Time Correlator), qu'elle a nommé « Quantum Echoes ».

Selon l'entreprise, Quantum Echoes peut être utile pour étudier la structure des systèmes naturels, des molécules aux aimants en passant par les trous noirs. L'entreprise a démontré que l'algorithme fonctionne 13 000 fois plus vite sur Willow que le meilleur algorithme classique sur l'un des supercalculateurs les plus rapides au monde.

Dans une autre expérience de validation de principe intitulée « Quantum computation of molecular geometry via many-body nuclear spin echoes », Google a également montré comment sa nouvelle technique, une « règle moléculaire », permet de mesurer des distances plus longues que les méthodes actuelles, en utilisant les données de la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour obtenir davantage d'informations sur la structure chimique.


L'algorithme Quantum Echoes, un avantage quantique vérifiable

Google a indiqué que c'est la première fois dans l'histoire qu'un ordinateur quantique réussit à exécuter un algorithme vérifiable qui surpasse les capacités des superordinateurs. La vérifiabilité quantique signifie que le résultat peut être reproduit sur l'ordinateur quantique de Google — ou tout autre ordinateur du même calibre — pour obtenir la même réponse, confirmant ainsi le résultat. Ce calcul reproductible, qui dépasse le cadre classique, est à la base d'une vérification évolutive, rapprochant les ordinateurs quantiques de leur utilisation dans des applications pratiques....