mercredi 9 juin 2021

SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT /LE MONDE SELON LA PHYSIQUE / W23 P4

 

  C’est un jour  pour les  curieux ou les matheux !!!!

Traduction de :’’ Researchers demonstrate a quantum advantage

by University of Arizona

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‘’ Les chercheurs démontrent un avantage du  quantique

par l'Université de l'Arizona

 

Des chercheurs de l'Université de l'Arizona démontrent un avantage quantique. Crédit : Université de l'Arizona

L'informatique quantique et la détection quantique ont le potentiel de devenir  beaucoup plus puissantes que leurs homologues classiques. Non seulement un ordinateur quantique entièrement réalisé ne prendrait que quelques secondes pour résoudre des équations qui prendraient des milliers d'années à un ordinateur classique, mais il pourrait avoir des impacts incalculables dans des domaines allant de l'imagerie biomédicale à la conduite autonome.

 

 

Cependant, la technologie n'est pas encore tout à fait là.

 

En fait, malgré les théories largement répandues sur l'impact considérable des technologies quantiques, très peu de chercheurs ont pu démontrer, en utilisant la technologie disponible actuellement, que les méthodes quantiques ont un avantage sur leurs homologues classiques.

 

Dans un article publié le 1er juin dans la revue Physical Review X, des chercheurs de l'Université d'Arizona montrent expérimentalement que le quantum a un avantage sur les systèmes informatiques classiques.

 

« Démontrer un avantage quantique est un objectif longtemps recherché dans la communauté, et très peu d'expériences ont pu le montrer », a déclaré le co-auteur de l'article Zheshen Zhang, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux, chercheur principal de l'UArizona. Quantum Information and Materials Group et l'un des auteurs de l'article. "Nous cherchons à démontrer comment nous pouvons tirer parti de la technologie quantique qui existe déjà pour  pouvoie en faire profiter aux applications du monde réel."

 

Comment (et quand) fonctionne Quantum

 

L'informatique quantique et d'autres processus quantiques reposent sur de minuscules et puissantes unités d'information appelées qubits. Les ordinateurs classiques que nous utilisons aujourd'hui fonctionnent avec des unités d'information appelées bits, qui existent sous forme de 0 ou de 1, mais les qubits sont capables d'exister dans les deux états en même temps. Cette dualité les rend à la fois puissants et fragiles. Les qubits délicats sont susceptibles de s'effondrer sans avertissement, ce qui rend très important un processus appelé correction d'erreurs, qui résout ces problèmes lorsqu'ils surviennent.

 

Le champ quantique est maintenant dans une ère que John Preskill, un physicien renommé du California Institute of Technology, a appelé « quantum à échelle intermédiaire bruyante » ou NISQ. À l'ère NISQ, les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des tâches qui ne nécessitent qu'environ 50 à quelques centaines de qubits, mais avec une quantité importante de bruit ou d'interférences. Pas plus que cela ..et le bruit l'emporte sur l'utilisation ,  en faisant tout s'effondrer. ; Il est alors  largement admis que 10 000 à plusieurs millions de qubits seraient nécessaires pour réaliser des applications quantiques utilisables dans la pratique.

 

 

 

Imaginez inventer un système qui garantit que chaque repas que vous cuisinez se déroulera parfaitement, puis donner ce système à un groupe d'enfants qui n'ont pas les bons ingrédients. Ce sera génial dans quelques années, une fois que les enfants seront devenus adultes et pourront acheter ce dont ils ont besoin. Mais jusque-là, l'utilité du système est limitée. De même, jusqu'à ce que les chercheurs avancent dans le domaine de la correction d'erreurs, qui peut réduire les niveaux de bruit, les calculs quantiques sont limités à une petite échelle.

Avantages de l'enchevêtrement

 

L'expérience décrite dans l'article utilisait un mélange de techniques classiques et quantiques. Plus précisément, il a utilisé trois capteurs pour classer l'amplitude moyenne et l'angle des signaux radiofréquence.

 

Les capteurs ont été équipés d'une autre ressource quantique appelée intrication, qui leur permet de partager des informations entre eux et offre deux avantages majeurs : Premièrement, cela améliore la sensibilité des capteurs et réduit les erreurs. Deuxièmement, parce qu'ils sont enchevêtrés, (intriqués)les capteurs évaluent les propriétés globales plutôt que de collecter des données sur des parties spécifiques d'un système. Ceci est utile pour les applications qui n'ont besoin que d'une réponse binaire ; par exemple, en imagerie médicale, les chercheurs n'ont pas besoin de connaître chaque cellule d'un échantillon de tissu qui n'est pas cancéreuse, mais simplement s'il y a une cellule qui est cancéreuse. Le même concept s'applique à la détection de produits chimiques dangereux dans l'eau potable.

 

L'expérience a démontré qu'équiper les capteurs d'intrication quantique leur donnait un avantage par rapport aux capteurs classiques, réduisant la probabilité d'erreurs d'une marge faible mais critique.

 

"Cette idée d'utiliser l'enchevêtrement pour améliorer les capteurs n'est pas limitée à un type spécifique de capteur, elle pourrait donc être utilisée pour une gamme d'applications différentes, tant que vous disposez de l'équipement pour emmêler les capteurs", a déclaré le co-auteur de l'étude Quntao. Zhuang, professeur adjoint d'ingénierie électrique et informatique et chercheur principal du Quantum Information Theory Group "En théorie, vous pourriez envisager des applications comme le lidar (Light Detection and Ranging) pour les voitures autonomes, par exemple."

 

Zhuang et Zhang ont développé la théorie derrière l'expérience et l'ont décrite dans un article 2019 Physical Review X. Ils ont co-écrit le nouvel article avec l'auteur principal Yi Xia, doctorante au James C. Wyant College of Optical Sciences, et Wei Li, chercheur postdoctoral en science et ingénierie des matériaux.

 

Classificateurs Qubit

 

Il existe des applications existantes qui utilisent un mélange de traitement quantique et classique à l'ère NISQ, mais elles reposent sur des ensembles de données classiques préexistants qui doivent être convertis et classés dans le domaine quantique. Imaginez prendre une série de photos de chats et de chiens, puis télécharger les photos dans un système qui utilise des méthodes quantiques pour étiqueter les photos comme « chat » ou « chien ».

 

L'équipe aborde le processus d'étiquetage sous un angle différent, en utilisant des capteurs quantiques pour recueillir leurs propres données en premier lieu. Cela ressemble plus à l'utilisation d'un appareil photo quantique spécialisé qui étiquette les photos comme "chien" ou "chat" au fur et à mesure que les photos sont prises.

 

"De nombreux algorithmes prennent en compte les données stockées sur un disque d'ordinateur, puis les convertissent en un système quantique, ce qui prend du temps et des efforts", a déclaré Zhuang. "Notre système fonctionne sur un problème différent en évaluant les processus physiques qui se déroulent en temps réel."

 

L'équipe est enthousiasmée par les futures applications de leurs travaux à l'intersection de la détection quantique et de l'informatique quantique. Ils envisagent même d'intégrer un jour l'ensemble de leur dispositif expérimental sur une puce qui pourrait être plongée dans un biomatériau ou un échantillon d'eau pour identifier une maladie ou des produits chimiques nocifs.

 

"Nous pensons que c'est un nouveau paradigme pour l'informatique quantique, l'apprentissage automatique quantique et les capteurs quantiques, car il crée vraiment un pont pour interconnecter tous ces différents domaines", a déclaré Zhang.

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Explore further

 

New boost in quantum technologies

More information: Yi Xia et al, Quantum-Enhanced Data Classification with a Variational Entangled Sensor Network, Physical Review X (2021). DOI: 10.1103/PhysRevX.11.021047

Journal information: Physical Review X

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MON COMMENTAIRE

Soyons pédagogues  et précisons le sens des mots ! En informatique  le bit transforme une donnée en   la valeur 0 ou  bien 1 .. Tout nombre décimal peut  par exemple etre  ainsi transformé en une suite de 0 et de 1 … et en informatique classique  ce bit ne décrit qu’un seul état  soit1 soit 0…En 1998, Isaac Chuang du MIT et Mark Kubinec ( Berkeley )ont créé le premier ordinateur quantique  qui pouvait être chargé de données et générer une solution.  ..Dans ce but ils ont proposé le concept  du qunit  qui se sert de la superposition quantique  des états possibles …..Donc un qubit ou bit quantique devient  l'unité de base de l'information quantique -  avec  un système  à deux états a la fois .Mais  ceci augmente la sensibilité aux erreurs :une erreur  dans l’ utilisation et tout s’écroule !. 

 Je suis revenu a l’article initial  pour voir les manips et verifier les affirmations du texte ;les auteurs  s’efforcent de  montrerune réduction permise par l'intrication de la probabilité d'erreur pour la classification des signaux radiofréquence multidimensionnels.




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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