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

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

L'affirmation 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 ensuite exécuté des circuits aléatoires de complexité croissante, jusqu'à 40 cycles, en suivant le flux de travail cloud standard de la plateforme. Aucun réglage particulier n'a été appliqué. Le point optimal se situe à 36 cycles, avec 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'un 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. Ce n'est pas ainsi que cela fonctionne. La tâche est censée être quasi impossible pour le matériel classique, et les machines les plus rapides du monde sont réservées longtemps 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. En retenant 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'un 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 reste 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 précise 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 avec les techniques connues.

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

La même semaine, un écart de mesure de 25 ans comblé

Le jour même de la publication de ScienceAlert, l'université de Kyoto a annoncé un résultat distinct. Il n'a aucun rapport avec les records de vitesse et tout à voir avec la mesure. Selon ScienceDaily le 29 septembre, des chercheurs de l'université de Kyoto et de l'université de Hiroshima ont mis au point et démontré expérimentalement une mesure intriquée capable d'identifier les états W. Cette forme d'intrication multi-photons résistait à ce traitement depuis des décennies.

La mesure intriquée est une alternative en une seule fois à la tomographie quantique. Cette dernière 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, autre forme connue d'intrication multi-photons. L'état W n'avait aucune méthode comparable, proposée ou 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 à base de circuits quantiques optiques à haute stabilité, capable 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 n'en couvrait que trois.

Les deux histoires tirent dans des directions différentes. L'une est un chiffre de gros titre activement contesté en raison de la nature de la technique employée pour le produire. L'autre est une capacité discrète qui rend les futurs systèmes multi-photons 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 signaler, chacun pointant vers un goulot d'étranglement différent.

• Cloudflare a indiqué avoir travaillé avec l'IETF à une atténuation contre les attaques par rétrogradation sur IPsec, et déployé un support bêta dans Cloudflare WAN et Magic Transit. L'entreprise écrit que l'attaque exige un calcul quantique mené en temps réel pendant la poignée de main du protocole. Elle ne sait pas encore si ni quand cela sera réalisable, et elle a avancé à 2029 son échéance de transition post-quantique.
• Efficient Computer a annoncé un tour de table de série B de 97 000 000 de dollars mené par TQ Ventures, portant son total levé à 173 000 000 de dollars sur une valorisation de 650 000 000 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 sous-tendent chaque gros titre quantique. La note de Cloudflare relève que les estimations de ressources pour les attaques quantiques contre la cryptographie à clé publique ont fortement diminué, ce qui l'a poussée à avancer son échéance plutôt qu'à la reculer.

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 10 000 000 000 de yuans (1 490 000 000 de dollars au 28 septembre) avec deux banques chinoises. Les détails sur les orbites, les liaisons inter-satellites 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. Elles seront testées, comme l'affirmation 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.