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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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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