Ce qu’est Willow, la chose de Google

• Avis d’expert sur l’annonce de la puce quantique Willow de Google
  • Scott Aaronson : informaticien renommé dans le domaine de la théorie de la complexité computationnelle, auteur de l’ouvrage "Les cours de calcul quantique de Scott Aaronson"
• Lors de sa participation à la conférence Q2B (Quantum 2 Business), il a assisté à la présentation par l’équipe Google Quantum de sa nouvelle puce supraconductrice de 105 qubits, "Willow"
• La puce Willow inclut des qubits en code de surface pour la correction d’erreurs ainsi que des résultats issus d’une expérience de suprématie quantique à grande échelle (Random Circuit Sampling)
• La présentation s’est tenue au Computer History Museum de Mountain View, avec un exposé de haut niveau technique et une session de questions-réponses

Principaux résultats de Google et signification scientifique

• La puce Willow a doublé le nombre de qubits depuis 2019, multiplié par 5 le temps de cohérence des qubits, et amélioré la précision des portes à 2 qubits jusqu’à ~99.7% (porte Controlled-Z) et ~99.85% (porte iswap)
• En étendant la taille du code de surface à 3×3, 5×5 et 7×7, Google a observé que le qubit logique encodé se maintenait plus longtemps
• Cela est considéré comme un seuil critique important montrant la possibilité d’un calcul quantique stable grâce à la correction d’erreurs quantiques

Limites de la puce Willow et défis à venir

• Google précise que, pour définir un qubit pleinement tolérant aux fautes, il est nécessaire de ramener le taux d’erreur des opérations multi-qubits à 10⁻⁶
• L’expérience actuelle n’a produit qu’un seul qubit encodé, et aucune expérience d’opérations multi-qubits n’a encore été réalisée

Expérience de suprématie quantique et temps de calcul

• La nouvelle expérience de suprématie quantique utilisant Willow a été menée sur la base de 105 qubits et de 40 couches de portes
• Même avec les algorithmes de simulation les plus récents, on estime qu’il faudrait jusqu’à 10²⁵ ans pour vérifier classiquement le résultat de cette expérience
• La vérification a été effectuée par une méthode indirecte fondée sur les résultats de circuits de petite taille

Comparaison avec les technologies concurrentes

• Les qubits supraconducteurs offrent une grande vitesse de porte, tandis que les qubits à ions piégés permettent le déplacement des qubits et une grande précision des portes
• Willow est considéré comme un cas où Google a lancé un nouveau défi à ses concurrents

Controverse et réactions

• Le sceptique du calcul quantique Gil Kalai a indiqué qu’il fallait aborder avec prudence les affirmations de Google, en s’appuyant surtout sur des objections liées aux données des précédentes expériences de suprématie quantique
• L’annonce de Google est jugée positivement dans la mesure où elle repose sur des résultats sans exagération

Conclusion

• Willow démontre la possibilité de la correction d’erreurs quantiques et des expériences quantiques à grande échelle ; l’évaluation est globalement positive et le projet est reconnu comme une étape importante pour le domaine
• Le rythme des avancées technologiques entre Google et les autres concurrents sera à surveiller
• Les progrès du calcul quantique se poursuivent, et les résultats expérimentaux s’améliorent progressivement

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Commentaires sur Hacker News

• En tant qu’ingénieur logiciel, consommer des API et mettre à jour des lignes de base de données paraît puéril comparé à ce que je viens de lire. Le problème résolu par l’ordinateur quantique prendrait des milliers de milliards d’années sur un ordinateur traditionnel, mais cela n’intéresse personne en dehors des chercheurs en quantique

  • J’aimerais qu’on résolve des problèmes qui intéressent aussi les non-spécialistes du quantique. Par exemple, un problème du voyageur de commerce avec n=10, ou la factorisation d’un nombre à 10 chiffres
  • À l’heure actuelle, les ordinateurs quantiques sont dans la même catégorie que la fusion nucléaire commerciale. Beaucoup de « percées », mais aucun résultat
  • Les chercheurs sur le cancer annoncent rarement une « percée qui peut guérir le cancer ! », mais des progrès constants sont réalisés

• Je pense que les affirmations autour de l’interprétation des mondes multiples d’Everett sont illogiques. Si des univers parallèles exécutent le même calcul en même temps, je me demande comment un gain de performance peut être possible à l’échelle de l’univers entier

• J’ai trouvé amusant qu’on me pose des questions sur les qubits supraconducteurs, les ions piégés, les atomes neutres et les qubits photoniques. Si j’avais compris plus de deux mots, j’aurais posé une question

• Je me demande où se trouvent les performances sur des tâches utiles au sens général. J’aimerais savoir quel est le plus grand nombre que l’on peut factoriser avec l’algorithme de Shor, ou quel est le plus grand hash dont on peut calculer une préimage avec l’algorithme de Grover

• Le matériel progresse, mais il manque des algorithmes à exécuter sur les ordinateurs quantiques. En dehors de l’algorithme de Shor, utile pour casser RSA, il n’y a rien

  • Il n’y a que des idées vagues selon lesquelles cela pourrait être utile pour la simulation quantique ou l’optimisation
  • Si nous avions demain un ordinateur quantique complet, je ne saurais pas quoi exécuter dessus. C’est le vide
  • Une percée dans les algorithmes quantiques est le seul espoir. Il y a eu très peu de progrès dans ce domaine
  • Zapata Computing, l’entreprise la mieux financée dans le domaine des algorithmes quantiques, a fermé cette année

• Article connexe : Willow, Our Quantum Chip

• Le principal avertissement concernant le résultat « 10^25 ans », c’est que Google n’y a pas accordé assez d’attention. Si cette computation quantique demande ~10^25 ans à simuler sur un ordinateur classique, alors un ordinateur classique met aussi ~10^25 ans à vérifier directement le résultat de l’ordinateur quantique

  • Je ne comprends pas cette partie. J’ai besoin d’une explication. Il existe beaucoup de problèmes qui sont longs à résoudre mais simples à vérifier. Par exemple, la factorisation d’un grand nombre composé du produit de très grands nombres premiers

• Il est difficile de comprendre l’affirmation selon laquelle un ordinateur classique mettrait ~10^25 ans à vérifier directement le résultat d’un ordinateur quantique. Il existe beaucoup de problèmes pour lesquels la vérification est bien plus facile que la résolution. Je me demande pourquoi cette approche n’est pas utilisée pour vérifier les affirmations sur l’informatique quantique

• Résumé : c’est un vrai résultat. La partie impressionnante, c’est qu’un plus grand nombre de qubits tient plus longtemps. La partie négative, c’est que le résultat n’est pas explicitement vérifié et ne peut l’être que par inférence