Qedma (Israël) et IBM : faisabilité d’un calcul exempt d’erreurs pour explorer la physique des matériaux

La société israélienne Qedma Quantum Computing, pionnière dans le domaine des logiciels de réduction des erreurs quantiques, et IBM ont présenté une étude révolutionnaire démontrant la faisabilité d’un calcul quantique fiable et exempt d’erreurs. Ce calcul peut être utilisé pour explorer la physique des matériaux au-delà des capacités des simulations classiques les plus avancées, y compris celles exécutées sur l’un des supercalculateurs les plus puissants au monde. En combinant le logiciel avancé de réduction des erreurs de Qedma, QESEM, avec les ordinateurs quantiques d’IBM, les chercheurs ont observé une dynamique quantique complexe et durable dans des systèmes allant jusqu’à 74 qubits. Ceci leur a permis d’atteindre un paradigme où plusieurs approches classiques de pointe n’avaient pas réussi à fournir des réponses cohérentes et fiables. Ces résultats marquent une première : l’avantage quantique est obtenu grâce à du matériel et des logiciels disponibles sur le marché. Les ordinateurs quantiques avancés, exempts d’erreurs, peuvent ainsi devenir des instruments scientifiques fiables pour explorer la physique et accéder à des applications futures prometteuses en optoélectronique, en supraconducteurs photo-induits et en matériaux avancés.

Exploration aux frontières de la physique classique

Cette collaboration a étudié la dynamique oscillatoire subtile d’un modèle de Floquet-Ising bidimensionnel, un système utilisé par les physiciens pour étudier l’évolution des propriétés magnétiques d’un matériau sous l’effet d’impulsions externes rythmiques. Déterminer si de telles oscillations persistent dans des systèmes plus grands restait un défi, car les régimes concernés dépassent rapidement les capacités des méthodes de calcul classiques. Grâce à un ordinateur quantique IBM, équipé du processeur IBM Quantum Heron et accessible via le cloud, et au logiciel QESEM (Quantum Error Suppression and Error Mitigation) de Qedma, également disponible dans le cloud, l’équipe a pu résoudre cette dynamique avec précision. Au-delà des méthodes classiques de pointe Pour évaluer la portée des résultats quantiques, l’équipe a collaboré avec RIKEN, le principal institut de recherche national japonais, et BlueQubit, un développeur majeur de technologies de simulation de circuits quantiques à grande échelle, afin de les comparer aux approches de simulation classiques les plus performantes, reposant sur des stratégies de calcul fondamentalement différentes.

À mesure que la complexité du système augmentait, aucune des approches classiques ne parvenait à un accord constant à l’échelle des expériences quantiques, même exécutées sur Fugaku, l’un des supercalculateurs les plus puissants au monde. En revanche, les résultats quantiques, corrigés des erreurs, sont restés cohérents et ont révélé un comportement oscillatoire clair et durable. Afin de permettre à la communauté de poursuivre les comparaisons classiques, l’équipe a publié les circuits quantiques et les résultats sur le Quantum Advantage Tracker, avant la prépublication sur arXiv cette semaine. Instaurer la confiance par la validation L’une des caractéristiques essentielles de cette étude est sa stratégie de validation exhaustive. L’équipe a d’abord appliqué un protocole de correction des erreurs impartial aux calculs classiques lorsque cela était possible, avant de pousser le protocole jusqu’à ce que ces simulations classiques perdent en précision. Ensuite, elle a comparé une approche de correction plus évolutive à ces résultats fiables avant de l’étendre à des systèmes plus grands et à des temps d’évolution plus longs.

Une validation indépendante a également été réalisée sur différentes plateformes matérielles quantiques, notamment les systèmes à ions piégés de Quantinuum. Le comportement cohérent observé entre les différentes technologies a apporté une preuve supplémentaire que les phénomènes physiques mesurés provenaient du système quantique simulé, et non d’erreurs spécifiques au dispositif ou liées à des mesures d’atténuation. « Les ordinateurs quantiques d’IBM ont atteint un niveau de maturité leur permettant de produire des solutions qui, pour la première fois, inspirent confiance grâce à des tests approfondis et surpassent les meilleures méthodes de simulation classiques. J’ai hâte de voir les résultats futurs évalués par le biais du Quantum Advantage Tracker, à mesure que nous approfondissons notre compréhension de la frontière entre le calcul quantique et le calcul classique », a déclaré Jay Gambetta, directeur de la recherche chez IBM et membre d’IBM. « En combinant les ordinateurs quantiques d’IBM avec la technologie avancée de réduction des erreurs de Qedma, nous transformons l’informatique quantique en un outil pratique pour repousser les frontières de la connaissance. »

«Depuis des décennies, l’informatique quantique promet des découvertes hors de portée des ordinateurs classiques. Aujourd’hui, nous commençons à voir cette promesse se concrétiser », a déclaré le Dr Asif Sinay, PDG et cofondateur de Qedma. « En tirant parti du logiciel de Qedma pour rendre les ordinateurs quantiques actuels nettement plus puissants et fiables, nous contribuons à rapprocher l’industrie de l’informatique quantique d’un impact commercial concret. » « Les ordinateurs quantiques ouvrent de nouvelles perspectives pour la découverte scientifique dans l’environnement du calcul haute performance », a déclaré le Dr Mitsuhisa Sato, directeur de la division Plateforme hybride quantique-HPC du Centre RIKEN pour les sciences computationnelles.

Ces travaux ont bénéficié du leadership du RIKEN en matière de simulation classique avancée et de calcul haute performance, ainsi que du logiciel d’atténuation des erreurs de Qedma pour les ordinateurs quantiques IBM, afin de démontrer la capacité de l’informatique quantique à surpasser les méthodes classiques de pointe. Il s’agit d’une étape importante vers un avenir où l’informatique quantique et classique collaboreront pour faire progresser la science. QESEM, le logiciel avancé de réduction des erreurs de Qedma – disponible dans le catalogue Qiskit Functions de la plateforme IBM Quantum – atténue l’impact du bruit inhérent aux ordinateurs quantiques actuels. Plutôt que d’attendre l’avènement d’ordinateurs quantiques à grande échelle et totalement tolérants aux pannes, l’approche brevetée de QESEM permet d’exécuter des charges de travail quantiques plus vastes et plus complexes tout en produisant des résultats plus précis. Le logiciel propose diverses méthodes d’atténuation des erreurs, notamment une approche non biaisée garantissant la précision lors de l’extraction de résultats fiables à partir de matériel quantique bruité. Il est actuellement utilisé par des entreprises, des établissements universitaires et des laboratoires de recherche de premier plan dans le monde entier.

Traduction/adaptation Esther Amar pour Israël Science Info