Proven quantum advantage: Researchers cut the time for a learning task from 20 million years to 15 minutes
Avantage quantique avéré : Des chercheurs réduisent le temps d’apprentissage de 20 millions d’années à 15 minutes
Par l’Université technique du Danemark
Édité par Stephanie Baum, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Le squeezer – un oscillateur paramétrique optique (OPO) utilisant un cristal non linéaire à l’intérieur d’une cavité optique pour manipuler les fluctuations quantiques de la lumière – est responsable de l’intrication. Crédit : Photo : Jonas Schou Neergaard-Nielsen
Alors que les attentes pour la technologie quantique sont élevées, un nouvel article paru dans Science fait état d’un avantage quantique avéré. Lors d’une expérience, la lumière intriquée a permis aux chercheurs d’apprendre le bruit d’un système avec très peu de mesures.
Des chercheurs de l’Université technique du Danemark (DTU) et des partenaires internationaux ont démontré que la lumière intriquée peut réduire considérablement le nombre de mesures nécessaires à l’apprentissage du comportement d’un système quantique complexe et bruyant.
« Il s'agit du premier avantage quantique prouvé pour un système photonique », déclare l'auteur correspondant Ulrik Lund Andersen, professeur à la faculté de physique de la DTU. « Savoir qu'un tel avantage est possible avec une configuration optique simple devrait aider d'autres chercheurs à explorer les domaines où cette approche serait rentable, comme la détection et l'apprentissage automatique. »
Les travaux, intitulés « Avantage de l'apprentissage quantique sur une plateforme photonique évolutive », ont été menés en collaboration avec des collègues des États-Unis, du Canada et de Corée du Sud.
Le détecteur homodyne : une configuration de mesure utilisée en optique quantique pour lire les très faibles fluctuations d'un champ lumineux. Crédit : Jonas Schou Neergaard-Nielsen.
L'intrication est essentielle
Au cœur de l'étude se trouve un problème commun aux sciences et à l'ingénierie : pour comprendre ou caractériser un système physique, tel qu'un dispositif, on effectue des mesures répétées et, à partir de celles-ci, on détermine, par exemple, l'empreinte de bruit du dispositif.
Dans les dispositifs quantiques, en revanche, ce n'est pas aussi simple. D'une part, le bruit quantique fait partie des mesures. De plus, le nombre d'expériences requises pour les systèmes complexes peut augmenter de manière exponentielle avec la taille du système, ce qui rend rapidement cette méthode peu pratique, voire impossible. Les chercheurs ont cherché une autre solution en utilisant la lumière intriquée.
L'intrication est un concept clé de la mécanique quantique : deux particules ou faisceaux lumineux sont si étroitement liés que la mesure de l'un renseigne instantanément sur l'autre.
« Nous avons mis au point un processus contrôlable et posé une question simple : l'intrication réduit-elle le nombre de mesures nécessaires à l'apprentissage d'un tel système ? La réponse est oui, et de beaucoup. Nous avons appris le comportement de notre système en 15 minutes, alors qu'une approche classique comparable prendrait environ 20 millions d'années », explique Andersen.
n résultat qu'aucun système classique ne peut obtenir
Après avoir posé les bases théoriques dans l'article de 2024 « Avantage de l'enchevêtrement pour l'apprentissage d'un canal de déplacement aléatoire bosonique », les chercheurs savaient que la lumière intriquée résoudrait probablement le problème.
L'expérience a été mise en place au sous-sol de la DTU Physics et fonctionne à des longueurs d'onde de télécommunications avec des composants optiques bien connus. Elle fonctionne même avec des pertes ordinaires dans le dispositif. C'est important, expliquent les chercheurs, car cela montre que le gain provient de la méthode de mesure, et non d'un appareil de mesure parfait.
Plus précisément, le système était constitué d'un canal optique dans lequel plusieurs impulsions lumineuses partageaient le même motif de bruit. Deux faisceaux lumineux ont été préparés – ou plus précisément, comprimés – afin de s'intriquer. L'un sert à sonder le système ; l'autre sert de référence. Une mesure conjointe les compare en une seule fois, ce qui annule une grande partie du flou de mesure et permet d'extraire plus d'informations par essai que l'observation de la sonde seule.
Jonas Schou Neergaard-Nielsen, professeur associé au département de physique de la DTU et co-auteur de l'article, souligne que les chercheurs n'ont pas encore ciblé de système concret et concret.
« Même si l'on parle beaucoup de la technologie quantique et de ses performances supérieures à celles des ordinateurs classiques, force est de constater qu'aujourd'hui, ce n'est pas le cas. Notre principale satisfaction est donc d'avoir enfin trouvé un système de mécanique quantique capable de réaliser quelque chose qu'aucun système classique ne sera jamais capable de faire », déclare Neergaard-Nielsen.
Le projet de recherche a été mené par le centre bigQ de la DTU, dirigé par Ulrik Lund Andersen, avec Jonas Schou Neergaard-Nielsen comme co-chercheur principal.
Les auteurs principaux de l'article sont le postdoctorant Zhenghao Liu et le doctorant Romain Brunel, également membres du centre bigQ de la DTU et du département de physique de la DTU. Outre la DTU, les partenaires à l'origine de l'étude sont des chercheurs de l'Université de Chicago, du Perimeter Institute, de l'Université de Waterloo, de Caltech, du MIT et du KAIST.
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résumé
Un avantage quantique avéré : Des chercheurs réduisent le temps d'apprentissage de 20 millions d'années à 15 minutes.
Alors que la technologie quantique suscite de grandes attentes, un nouvel article paru dans Science fait état d'un avantage quantique avéré. Lors d'une expérience, la lumière intriquée a permis aux chercheurs d'identifier le bruit d'un système avec très peu de mesures.
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Commentaires
Les ordinateurs quantiques sont astreints a travailler a si basse temperature qu ils ne seront jamais accéssibles au grands public ... Cet article néanmoins un petit progrés technologique pour ceux qui continueront mamgré tout a tenter l aventure !!!!
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More information: Zheng-Hao Liu et al, Quantum learning advantage on a scalable photonic platform, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv2560. www.science.org/doi/10.1126/science.adv2560
Journal information: Science
Provided by Technical University of Denmark
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