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

Une équipe de chercheurs de l’Institut national des sciences et technologies de l’information et de la communication, 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 optimale d’opérations quantiques pour un ordinateur quantique. Cette nouvelle méthode est la première à réussir.

La recherche a été publiée dans la revue scientifique Physical Review A.

Développement de la nouvelle méthode

Les ordinateurs quantiques effectuent des tâches en s’appuyant sur des experts qui écrivent une séquence d’opérations quantiques, ce qui a traditionnellement impliqué que les opérateurs de l’ordinateur écrivent leurs propres opérations en fonction de méthodes existantes. L’équipe a développé une méthode systématique qui applique la théorie de contrôle optimal (algorithme GRAPE) pour identifier la séquence théoriquement optimale parmi toutes les séquences d’opérations quantiques concevables.

La nouvelle méthode devrait être utile pour les ordinateurs quantiques de taille moyenne. Dans le même temps, l’équipe affirme qu’elle devrait aider 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 plus longue. Les opérations doivent être effectuées dans le temps où l’état quantique cohérent est maintenu, et cela nécessite une méthode pour identifier systématiquement les 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 qubits, 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 en utilisant l’algorithme GRAPE, qui est un algorithme de théorie de contrôle optimal numérique. L’équipe crée un tableau de séquences d’opérations quantiques et de l’indice de performance pour chacune, qui peut aller de milliers à des millions. La séquence d’opérations quantiques optimale peut alors être identifiée systématiquement 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 de contribuer à établir des références pour les recherches passées et futures.

L’équipe a également découvert qu’il existe de nombreuses séquences optimales d’opérations quantiques excellentes, 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.