Les développeurs perfectionnent des programmes à exécuter sur des ordinateurs quantiques.
D'ici quelques années, les ordinateurs quantiques pourraient dépasser voire surpasser les ordinateurs classiques grâce à d'importants travaux sur le matériel et les algorithmes qui s'y exécutent.
Les ordinateurs quantiques utilisent la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Leur unité de base de conversion, le qubit, est analogue au bit standard (zéro ou un), mais il est dans une superposition quantique entre deux phases quantiques informatiques :il peut être zéro et un à la fois. Cette propriété, ainsi que l'autre propriété quantique unique appelée intrication, peut permettre aux ordinateurs quantiques de résoudre certaines classes de problèmes plus efficacement que n'importe quel ordinateur conventionnel.
Cette technologie, aussi excitante soit-elle, est très précise. Par exemple, un processus appelé décohérence peut perturber son fonctionnement. Les chercheurs ont déterminé que des ordinateurs quantiques strictement contrôlés contenant quelques milliers de qubits peuvent être conçus pour faire face à la décohérence par une technique connue sous le nom de correction d'erreur quantique. Mais les plus grands ordinateurs quantiques que les laboratoires ont montrés jusqu'à présent - les exemples les plus notables étant IBM, Google, Rigetti Computing et IonQ - n'ont que dix bits quantiques. Ces versions, que John Preskill du California Institute of Technology a qualifiées de quantiques bruyants à l'échelle intermédiaire (NISQ) les ordinateurs ne peuvent pas encore effectuer de correction d'erreur. Néanmoins, une rafale de recherches sur des algorithmes écrits spécifiquement pour les NISQ pourrait permettre à ces appareils d'effectuer certains calculs plus efficacement que les ordinateurs classiques.
L'accès accru aux machines NISQ pour les utilisateurs du monde entier a beaucoup contribué à l'avancement, car il donne à un nombre croissant de chercheurs universitaires la possibilité de développer et de tester des versions à petite échelle de programmes pour les machines. Un écosystème de start-up axées sur d'autres aspects du logiciel quantique est également en plein essor.
Les chercheurs voient le plus grand succès avec deux types d'algorithmes pour les NISQ - la simulation et l'apprentissage automatique. En 1982, le légendaire physicien théoricien Richard Feynman a suggéré que l'une des applications les plus puissantes des ordinateurs quantiques serait la simulation de la nature elle-même :atomes, molécules et matériaux. De nombreux chercheurs, dont moi-même, ont développé des algorithmes pour simuler des molécules et des matériaux sur des dispositifs NISQ (tout comme sur les ordinateurs quantiques du futur qui sont entièrement corrigés des erreurs). Ces algorithmes peuvent améliorer la conception de nouveaux matériaux à utiliser dans des domaines allant de l'énergie aux sciences de la santé.
Les développeurs déterminent également si les ordinateurs quantiques seraient supérieurs aux tâches d'apprentissage automatique, dans lesquelles les ordinateurs apprennent à partir de grands ensembles de données ou d'expérience. Les tests d'un ensemble d'algorithmes en croissance rapide pour les dispositifs NISQ ont montré que les ordinateurs quantiques peuvent en effet faciliter de telles tâches d'apprentissage automatique. Les exemples incluent la catégorisation des informations, le regroupement d'éléments ou de caractéristiques similaires et la génération de nouveaux échantillons statistiques à partir d'échantillons existants - par exemple, la prédiction de structures moléculaires susceptibles d'avoir un mélange souhaité de propriétés. Au moins trois groupes de recherche ont réalisé des progrès indépendants en développant des versions quantiques d'une méthode d'apprentissage automatique connue sous le nom de réseaux antagonistes génératifs (GAN), qui ont pris d'assaut le domaine de l'apprentissage automatique ces dernières années.
Alors qu'un certain nombre d'algorithmes semblent bien fonctionner sur les machines NISQ existantes, personne n'a encore présenté de preuve officielle qu'ils sont plus puissants que ceux des ordinateurs conventionnels. Ces preuves sont difficiles et peuvent prendre des années à compléter.
Dans les années à venir, les chercheurs développeront probablement des dispositifs NISQ plus grands et plus contrôlables, suivis de machines entièrement corrigées des erreurs avec des milliers de qubits physiques. Les personnes travaillant sur des algorithmes sont optimistes quant au fait que les algorithmes pour NISQ seront suffisamment efficaces pour obtenir un avantage sur les ordinateurs conventionnels à la pointe de la technologie. Néanmoins, il faudra attendre que les machines soient entièrement corrigées pour que les erreurs soient disponibles.
