Une nouvelle méthode améliore les performances des ordinateurs quantiques tout en réduisant l’impact environnemental

Une nouvelle méthode améliore les performances des ordinateurs quantiques tout en réduisant l'impact environnemental


Une équipe de chercheurs de l’Institut national des technologies de l’information et des communications, de l’Université Keio, de l’Université des sciences de Tokyo et de l’Université de Tokyo, a développé avec succès une méthode pour trouver systématiquement la séquence d’opérations quantiques optimale pour un ordinateur quantique. Cette nouvelle méthode est la première à réussir.

La recherche a été publiée dans la revue scientifique Examen physique A.

Développer la nouvelle méthode

Les ordinateurs quantiques exécutent des tâches en s’appuyant sur des experts écrivant une séquence d’opérations quantiques, ce qui impliquait traditionnellement que des opérateurs informatiques écrivent les leurs sur la base de méthodes existantes. L’équipe a développé une méthode systématique qui applique la théorie du contrôle optimal (algorithme GRAPE) pour identifier la séquence théoriquement optimale parmi toutes les séquences d’opérations quantiques imaginables.

La nouvelle méthode devrait être utile pour les ordinateurs quantiques à moyenne échelle. Dans le même temps, l’équipe affirme que cela devrait contribuer à améliorer les performances des ordinateurs quantiques tout en réduisant l’impact environnemental dans un avenir proche.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre un large éventail de problèmes complexes, tels que la réduction de la charge environnementale en réduisant la consommation d’énergie et la découverte de nouvelles substances chimiques pour le domaine médical.

Les défis de l’informatique quantique

Cependant, l’un des principaux défis de l’informatique quantique est que l’état quantique est très sensible au bruit, ce qui signifie qu’il est difficile de le maintenir stable pendant une période de temps plus longue. Les opérations doivent être réalisées dans le temps que l’état quantique cohérent est maintenu, ce qui nécessite une méthode d’identification systématique des séquences optimales.

Une séquence d’opérations quantiques est un programme informatique écrit dans un langage lisible par l’homme, et il est converti pour être traité par un ordinateur quantique. La séquence d’opérations quantiques implique des opérations à 1 qubit et des opérations à 2 qubit, mais la meilleure séquence a le moins d’opérations tout en démontrant les meilleures performances.

La méthode nouvellement développée analyse toutes les séquences possibles d’opérations quantiques élémentaires grâce à l’utilisation de l’algorithme GRAPE, qui est un algorithme numérique de la théorie du contrôle optimal. L’équipe crée un tableau des séquences d’opérations quantiques et l’indice de performance pour chacune, qui peut aller de milliers à des millions. La séquence d’opération quantique optimale peut alors être systématiquement identifiée sur la base des données accumulées.

La méthode de l’équipe peut également analyser la liste complète de toutes les séquences d’opérations quantiques et évaluer les méthodes conventionnelles, ce qui lui permet d’aider à établir des repères pour les recherches passées et futures.

L’équipe a également découvert qu’il existe de nombreuses excellentes séquences optimales d’opérations quantiques, ce qui signifie qu’une approche probabiliste pourrait étendre l’applicabilité de la nouvelle méthode à des tâches plus importantes. En intégrant l’apprentissage automatique à la méthode, la puissance prédictive peut être encore améliorée.

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