Le concept de «volume quantique» d'IBM propose de déplacer la mesure des progrès de l'informatique quantique au-delà du simple comptage des qubits
IBM a inventé le terme «volume quantique» pour mesurer les progrès de l'informatique quantique alors que la technologie quantique est encore loin d'être idéale.
Mesurer les progrès des ordinateurs quantiques à l'ère de l'informatique quantique «bruyante» peut être un défi. Certaines entreprises, notamment IBM et Honeywell, ont opté pour des progrès tels que le «volume quantique». Cependant, toutes les entreprises et chercheurs ne s'accordent pas sur l'utilité de cette mesure dans le monde de l'informatique quantique.
Dans un monde idéal, les chercheurs pourraient mesurer les progrès de l'informatique quantique en fonction du nombre de bits quantiques (qubits) dans chacun des ordinateurs. Cependant, le bruit du mouvement thermique ou des sources électromagnétiques menace constamment d'interférer de manière destructrice avec les calculs effectués par les qubits fragiles. En conséquence, il est très difficile d'évaluer de manière fiable les capacités des ordinateurs quantiques en se basant uniquement sur le nombre total de qubits. Par conséquent, les chercheurs d'IBM ont suggéré d' introduire le concept de volume quantique comme mesure plus fiable applicable à ce stade de développement de la technologie pas encore idéale de l'informatique quantique.
«Vous pouvez considérer le volume quantique comme le nombre moyen de circuits dans un ordinateur quantique fonctionnant dans les pires conditions», déclare Jay Gambetta , chercheur scientifique et vice-président de l'informatique quantique chez IBM. «Le résultat signifie que si cette condition du« pire des cas »est possible, alors le volume quantique sera une mesure de la qualité des circuits. Plus la qualité est élevée, plus les circuits complexes peuvent fonctionner sur des ordinateurs quantiques. "
Plus précisément, l'équipe IBM définit le volume quantique comme étant égal à deux à la puissance correspondant à la taille de la plus grosse chaîne de même largeur et profondeur, capable de passer certains tests de fiabilité. Les essais valident des passerelles aléatoires à deux qubits, déclare Daniel Lidar, directeur du Center for Quantum Information Science and Technology de l'Université de Californie du Sud à Los Angeles. La taille de la chaîne est déterminée soit par la largeur, basée sur le nombre de qubits, soit par la profondeur, basée sur le nombre de verrous. Dans ce cas, la largeur et la profondeur sont quantitativement identiques.
Cela signifie qu'un système de calcul quantique de 6 qubits aura un volume quantique égal à 2 à la 6ème puissance, soit 64 - mais seulement si ses qubits dépendent relativement peu du bruit, sans donner les erreurs associées. Par conséquent, pour déterminer le volume quantique, le choix d'un test de fiabilité spécifique est important.
Lidar, qui n'était pas impliqué dans le concept de volume quantique, le considère comme une mesure utile pour les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui. Leur technologie s'appelle Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). «Cette métrique décrit parfaitement les performances des ordinateurs quantiques à l'ère du NISQ. Cette époque se caractérise par le fait que le bruit reste l’un des principaux facteurs limitant la profondeur des circuits fonctionnant de manière fiable. "
Depuis qu'IBM a commencé à utiliser activement le terme à la fin de 2019, le volume quantique est déjà assez courant dans les articles d'informatique quantique et les communiqués de presse d'IBM et d'autres sociétés, en particulier Honeywell . Cependant, au moins un directeur de société de technologie a déjà exprimé l'idée que l'utilité du terme sera bientôt épuisée.
Discutant des derniers développements dans le domaine des ordinateurs quantiques d'IonQ dans une interview , Peter Chapman a décrit comment la réduction du bruit pourrait permettre un système 32 qubits de haute précision avec un volume quantique de l'ordre de 4 millions. Il a suggéré que dans 18 mois seulement, les valeurs du volume quantique augmenteraient tellement que les chercheurs devront changer la définition pour qu'elle reste utile.
Cependant, Lidar n'est pas d'accord que le terme «volume quantique» disparaîtra rapidement dans l'oubli. Il souligne le fait que le volume quantique ne croîtra si rapidement qu'en raison de la partie de la définition dans laquelle deux est élevé à la puissance. Il a ajouté qu'IBM n'avait même pas utilisé cette exponentiation dans son premier travail.sur ce sujet publié en 2017. «C'est juste une faille dans la définition elle-même», dit Lidar.
Lidar dit que le moyen le plus simple serait de déterminer le volume quantique en fonction du plus grand nombre de qubits ou de passerelles, et de ne pas utiliser d'exponentiation.
Tout le monde ne considère pas le volume quantique comme un critère aussi important ou nécessaire pour évaluer les progrès de l'informatique quantique. On ne sait pas si les progrès des ordinateurs quantiques devraient être réduits à un seul critère, déclare Scott Aaronson , informaticien et directeur du centre d'information quantique de l'Université du Texas à Austin. Il a souligné cette question et d'autres sur le sujet dans son article " Vissez le volume quantique " [ volume - volume, ainsi que volume / env. trad. ].
«Ceci est juste un autre indice de consommation généralisé possible de la fraîcheur des ordinateurs quantiques, parmi la myriade d'alternatives», déclare Aaronson.
D'un point de vue pratique, seuls les grands acteurs de l'industrie comme IBM sont concernés par le volume quantique. C'est ce que dit Javad Shabani , professeur agrégé de physique et président du laboratoire Shabani de l'Université de New York. Lui et d'autres chercheurs n'ont généralement pas accès à des systèmes quantiques aussi volumineux, même en considérant le fait que de plus en plus d'entreprises fournissent un accès cloud à ces systèmes pour les programmeurs.
Pourtant, Shabani considère le volume quantique comme un concept utile, définissant de manière plus significative les progrès de l'informatique quantique que le simple comptage des qubits. Il propose, comme Lidar, de maintenir le volume quantique dans les affaires alors que le bruit est le facteur limitant - que ce soit les cinq ou dix prochaines années.
«Si vous pouvez créer un qubit logique insensible au bruit, alors ce concept de volume quantique disparaîtra lentement naturellement», déclare Shabani.