Le Nighthawk r2 d'IBM revendique un avantage quantique en 19 secondes

ScienceAlert a rapporté le 29 septembre que l'article installe une puce supraconductrice de 120 qubits sur une plateforme cloud commerciale. Il mesure ensuite sa vitesse à surpasser le matériel classique sur une tâche appelée échantillonnage de circuits aléatoires.

La revendication compte parce qu'elle arrive sans les réserves habituelles sur un calibrage sur mesure ou un accès privilégié. L'équipe, dirigée par le physicien théoricien de la matière condensée Tigran Sedrakyan, de BlueQubit, a sélectionné 61 des qubits du Nighthawk r2. Elle a exécuté des circuits aléatoires de complexité croissante, jusqu'à 40 cycles, en utilisant le flux de travail cloud standard de la plateforme. Aucun réglage particulier n'a été appliqué. Le point optimal est apparu à 36 cycles, impliquant 918 portes à deux qubits. À ce réglage, le processeur a produit un million d'échantillons en 19 secondes. Les auteurs écrivent que, à leur connaissance, il s'agit de la première démonstration d'avantage quantique pour un échantillonnage de circuits aléatoires ordinaire sur un processeur quantique commercial et largement accessible, que des utilisateurs non experts peuvent facilement reproduire.

Pourquoi 110 ans est une estimation, pas un verdict

Personne n'a confié la même tâche à un supercalculateur. Les choses ne fonctionnent pas ainsi. La tâche est censée être quasiment impossible pour le matériel classique, et les machines les plus rapides du monde sont réservées des mois à l'avance. Les chercheurs se sont donc appuyés sur la contraction de réseaux de tenseurs, une technique qui estime le coût de calcul de la simulation d'un circuit quantique.

Avec cette méthode, ils ont calculé que reproduire leur million d'échantillons demanderait environ 1,2 x 10^27 opérations de calcul. Frontier, le premier supercalculateur exaflopique et le plus rapide jusqu'en 2024, culmine au-dessus d'un quintillion d'opérations par seconde. Sur une lecture prudente de ses performances soutenues, les chercheurs situent l'équivalent à environ 110 ans.

« À notre connaissance », écrivent les chercheurs dans un article dirigé par le physicien théoricien de la matière condensée Tigran Sedrakyan, de BlueQubit, « il s'agit de la première démonstration d'avantage quantique pour un échantillonnage de circuits aléatoires ordinaire sur un processeur quantique commercial et largement accessible que la plupart des utilisateurs non experts peuvent facilement reproduire. »

ScienceAlert se montre prudent sur ce chiffre, et les lecteurs devraient l'être aussi. Les 110 ans ne sont pas une limite de vitesse fondamentale pour les ordinateurs classiques. C'est une estimation liée à une méthode de reproduction de l'expérience. Les chercheurs classiques ont l'habitude de trouver des raccourcis, et des algorithmes plus efficaces pourraient réduire le travail nécessaire. Sedrakyan et ses collègues reconnaissent cette possibilité dans l'article. Leur affirmation est plus étroite : cette tâche précise, sur ce matériel précis, dépasse la portée pratique d'une machine classique utilisant les techniques connues.

Pour situer les choses, la course elle-même n'est pas nouvelle. Des chercheurs de l'UC Berkeley ont posé les bases théoriques de l'échantillonnage de circuits aléatoires en 2018. Le processeur Sycamore de Google, à 53 qubits, a avancé une revendication similaire en 2019, et les chercheurs classiques ont passé les années suivantes à l'éroder. Ce qui a changé, c'est le véhicule : un service cloud commercial, et non un montage de laboratoire sur mesure.

La même semaine, un écart de mesure de 25 ans s'est comblé

Le jour même de la publication de ScienceAlert, l'université de Kyoto a annoncé un résultat distinct, sans rapport avec les records de vitesse et entièrement lié à la mesure. Selon ScienceDaily du 29 septembre, des chercheurs de l'université de Kyoto et de l'université de Hiroshima ont développé et démontré expérimentalement une mesure intriquée capable d'identifier les états W. Cette forme d'intrication multiphotonique résistait à ce traitement depuis des décennies.

La mesure intriquée est une alternative en une seule fois à la tomographie quantique. Celle-ci reconstruit un état à partir de nombreuses mesures, et ses besoins en données croissent exponentiellement à chaque photon ajouté. Les scientifiques y étaient déjà parvenus pour l'état GHZ, une autre forme bien connue d'intrication multiphotonique. L'état W n'avait pas de méthode comparable, ni proposée ni démontrée.

« Plus de 25 ans après la proposition initiale concernant la mesure intriquée pour les états GHZ, nous avons enfin obtenu la mesure intriquée pour l'état W également, avec une véritable démonstration expérimentale pour des états W à 3 photons », déclare l'auteur correspondant Shigeki Takeuchi.

L'équipe a bâti son approche sur la symétrie de décalage cyclique, une propriété mathématique de l'état W, et a conçu un circuit quantique photonique effectuant une transformation de Fourier quantique. Elle a ensuite construit un dispositif utilisant des circuits quantiques optiques à haute stabilité, capables de fonctionner longtemps sans contrôle actif, et l'a testé avec trois photons. La méthode peut en principe s'étendre aux états W avec n'importe quel nombre de photons, même si la démonstration en a couvert trois.

Les deux histoires tirent dans des directions différentes. L'une est un chiffre de gros titre activement contesté en raison de la technique utilisée pour le produire. L'autre est une capacité discrète qui rend les futurs systèmes multiphotoniques plus faciles à caractériser. Les deux sont tombées à quelques heures d'intervalle.

Ce qui a aussi bougé le 29 septembre

Le même jour a produit deux autres éléments à noter, chacun pointant vers un goulot d'étranglement différent.

• Cloudflare a indiqué avoir travaillé avec l'IETF pour développer une atténuation contre les attaques par rétrogradation sur IPsec, et avoir déployé un support bêta dans Cloudflare WAN et Magic Transit. L'entreprise écrit que l'attaque exige un calcul quantique réalisé en temps réel pendant la poignée de main du protocole, qu'elle ne sait pas encore si ni quand cela sera faisable, et qu'elle a avancé son échéance de transition post-quantique à 2029.
• Efficient Computer a annoncé une série B de 97 millions de dollars menée par TQ Ventures, portant son financement total à 173 millions de dollars pour une valorisation de 650 millions de dollars. Le PDG Brandon Lucia écrit que la technologie de l'entreprise apporte une amélioration d'efficacité énergétique de 10 à 100 fois par rapport aux architectures CPU traditionnelles, et que l'Electron E1 est lancé en volume pour les systèmes d'IA physique embarqués.

L'énergie et la migration cryptographique sont les contraintes peu glamour qui se cachent sous chaque gros titre quantique. La note de Cloudflare observe que les estimations de ressources pour les attaques quantiques contre la cryptographie à clé publique ont chuté de façon spectaculaire, ce qui l'a poussée à avancer son échéance plutôt qu'à la repousser.

Il y a aussi une histoire d'offre. China-in-Space a rapporté le 29 septembre que STAR.VISION Aerospace a dévoilé une constellation informatique spatiale au Global Digital Trade Expo le 25 septembre. L'entreprise prévoit environ 1 080 engins spatiaux d'ici 2035 et des accords de crédit stratégiques d'une valeur de 10 milliards de yuans (1,49 milliard de dollars américains au 28 septembre) avec deux banques chinoises. Les détails sur les orbites, les liaisons intersatellites et la taille des radiateurs n'ont pas été communiqués.

Rien de tout cela ne tranche la question de savoir si les 19 secondes d'IBM tiennent. Ce sera testé, comme la revendication de Sycamore l'a été, par des gens dont le métier est de trouver le raccourci. L'article est sur arXiv et la plateforme est sur le cloud, ce qui signifie au moins que le débat sur la réplication peut se tenir en public.