Quantum computing

[Freezbee]

Information à prendre avec des pincettes, compte tenu de l'absence de détails (et du fait que le papier ait été retiré) :

 

Citation

Google claims to have reached quantum supremacy

 

Researchers say their quantum computer has calculated an impossible problem for ordinary machines

 

Google claims to have built the first quantum computer that can carry out calculations beyond the ability of today’s most powerful supercomputers, a landmark moment that has been hotly anticipated by researchers.

 

A paper by Google’s researchers seen by the FT, that was briefly posted earlier this week on a Nasa website before being removed, claimed that their processor was able to perform a calculation in three minutes and 20 seconds that would take today’s most advanced classical computer, known as Summit, approximately 10,000 years.

 

The researchers said this meant the “quantum supremacy”, when quantum computers carry out calculations that had previously been impossible, had been achieved.

 

“This dramatic speed-up relative to all known classical algorithms provides an experimental realisation of quantum supremacy on a computational task and heralds the advent of a much-anticipated computing paradigm,” the authors wrote.

 

“To our knowledge, this experiment marks the first computation that can only be performed on a quantum processor.”

The system can only perform a single, highly technical calculation, according to the researchers, and the use of quantum machines to solve practical problems is still years away.

 

But the Google researchers called it “a milestone towards full-scale quantum computing”. They also predicted that the power of quantum machines would expand at a “double exponential rate”, compared to the exponential rate of Moore’s Law, which has driven advances in silicon chips in the first era of computing.

 

While prototypes of so-called quantum computers do exist, developed by companies ranging from IBM to start-ups such as Rigetti Computing, they can only perform the same tasks classical computers can, albeit quicker.

 

Quantum computers, if they can be built at scale, will harness properties that extend beyond the limits of classical physics to offer exponential gains in computing power.

 

A November 2018 report by the Boston Consulting Group said they could “change the game in such fields as cryptography and chemistry (and thus material science, agriculture and pharmaceuticals) not to mention artificial intelligence and machine learning . . . logistics, manufacturing, finance and energy”.

 

Unlike the basic binary elements of classical computers, or bits, which represent either zeros or ones, quantum bits, or qubits, can represent both at the same time. By stringing together qubits, the number of states they could represent rises exponentially, making it possible to compute millions of possibilities instantly.

 

Some researchers have warned against overhyping the quantum supremacy, arguing that it does not suggest that quantum machines will quickly overtake traditional computers and bring a revolution in computing.

 

Led by John Martinis, an experimental physicist from the University of California, Santa Barbara, Google first predicted it would reach quantum supremacy by the end of 2017. But the system it built, linking together 72 qubits proved too difficult to control.

 

It eventually revamped the system to create a 53-qubit design it codenamed Sycamore. The system was given the task of proving that a random-number generator was truly random. Though that job has little practical application, the Google researchers said that “other initial uses for this computational capability” included machine learning, materials science and chemistry.

 

“It’s a significant milestone, and the first time that somebody has shown that quantum computers could outperform classical computers at all,” said Steve Brierley, founder of quantum software start-up Riverlane, who has worked in the field for 20 years and is an adviser on quantum technologies to the UK government. “It’s an amazing achievement.”

 

Google declined to comment.

 

[Loi]

J'ai lu ça ce matin, je suis heureux de pouvoir en discuter ici.

 

Quelqu'un peut il nous éclairer sur la portée de cette nouvelle (si elle se vérifie) ? Applications potentielles, etc.

[POE]

Je ne connais rien au sujet. 

Simplement lorsque je lis : A paper by Google’s researchers seen by the FT, that was briefly posted earlier this week on a Nasa website before being removed, claimed that their processor was able to perform a calculation in three minutes and 20 seconds that would take today’s most advanced classical computer, known as Summit, approximately 10,000 years.

Je comprends que lorsqu'on parle de calculs impossibles c'est plutôt par rapport à notre échelle de temps, et donc que la caractéristique d'un calculateur quantique serait de calculer beaucoup plus rapidement.

Je me dit aussi que si le calculateur a calculé et donner un résultat, comment vérifier que c'est le bon, si ce n'est en utilisant le résultat donné par un calculateur classique.

Bref, plutôt que d'utiliser le calculateur pour un calcul qui prendrait 10 000 ans, je l'utiliserai pour un calcul qui prendrait mettons moins d'un mois avec un calculateur classique, et je pourrais ainsi mesurer à la fois la vitesse du calculateur quantique, et la validité du résultat.

[ttoinou]

Il y a 1 heure, POE a dit :

Je comprends que lorsqu'on parle de calculs impossibles c'est plutôt par rapport à notre échelle de temps, et donc que la caractéristique d'un calculateur quantique serait de calculer beaucoup plus rapidement.

Ça calcule différemment c'est un autre paradigme, donc certaines tâches sont adaptées (via nouveaux algorithmes), d'autres non

 

Il y a 1 heure, POE a dit :

Je me dit aussi que si le calculateur a calculé et donner un résultat, comment vérifier que c'est le bon, si ce n'est en utilisant le résultat donné par un calculateur classique.

Les fonctions et leurs inverses n'ont pas forcément les même propriétés. Il y a des calculs qui sont difficiles à réaliser mais faciles à prouver une fois le résultat obtenu : c'est ceux là qui sont utilisés pour faire des algorithmes de chiffrement. Par exemple la décomposition en facteurs premiers, il y a bijection entre un nombre N et la liste des exposants entiers des nombres premiers qui le compose. Passer du dernier au premier ce sont de simples multiplications tandis que passer du premier au dernier c'est une autre paire de manche

[ttoinou]

Ceci dit d'après ce qu'on peut lire sur internet (je ne comprends pas tout dans le papier pdf qui circule, je m'en remet aux comptes rendus d'inconnus ) ils auraient fait exprès de trouver un problème (inutile, au passage) que seul un circuit quantique pourrait théoriquement résoudre rapidement donc effectivement il faudrait faire tourner la même simulation en classique pour comparer. Mais ça ne serait qu'un indice, ça ne prouve rien puisque on pourra peut être trouver un algorithme en classique meilleur plus tard (et la comparaison a-t-elle un sens quand on dépense des milliards dans une simulation et des broutilles dans l'autre pour montrer qu'elle est moins performante ?)

[Rincevent]

il y a une heure, ttoinou a dit :

on pourra peut être trouver un algorithme en classique meilleur plus tard

Ça dépend du domaine, et un des domaines intéressants pour l'informatique quantique, c'est celui des problèmes NP-complets (je n'ai pas cherché de details mais je suppose que c'est le cas ici). Là, tu fais l'hypothèse que P=NP. Si ce n'est pas le cas, on ne pourra jamais en trouver.

[cedric.org]

Olivier Ezratty

 

https://www.oezratty.net/wordpress/2019/interpreter-suprematie-quantique-google/

[ttoinou]

Il y a 1 heure, Rincevent a dit :

Ça dépend du domaine, et un des domaines intéressants pour l'informatique quantique, c'est celui des problèmes NP-complets (je n'ai pas cherché de details mais je suppose que c'est le cas ici). Là, tu fais l'hypothèse que P=NP. Si ce n'est pas le cas, on ne pourra jamais en trouver.

Oui oui, de plus même en ayant pas P=NP tu peux toujours améliorer l'algorithme classique et réduire le "speedup quantique". Si ça passe de 1 million à 1000 c'est tout de suite moins impressionnant.

Edit : en fait on confond "rapidité théorique d'un algorithme" et "rapidité en pratique de telle implémentation"

[cedric.org]

2 hours ago, ttoinou said:

Oui oui, de plus même en ayant pas P=NP tu peux toujours améliorer l'algorithme classique et réduire le "speedup quantique". Si ça passe de 1 million à 1000 c'est tout de suite moins impressionnant.

Edit : en fait on confond "rapidité théorique d'un algorithme" et "rapidité en pratique de telle implémentation"

C'est d'ailleurs, de mémoire, ce qui avait été reproché à Google en 2014 ou 2015 : ils ont pris un algorithme classique pour comparer, algorithme qui a été optimisé d'un facteur 1000 par la suite. Juste...

[Hugh]

Mais quelles sont les applications pratiques?

[cedric.org]

Le fait de rendre possible la résolution en un temps acceptable (voire même tout simplement défini...) d'un certain nombre de problèmes extrêmement précis.

 

Ca ne changera pas l'informatique au quotidien. Ca ne remettra pas en cause la cryptographie telle qu'on la connait. Ca permettra de faire des choses sur des domaines très pointus auparavant impossibles (simulations/modélisations, optimisation, machine learning, ...)

[henriparisien1]

De ce que j'ai compris de l'article publié :

1)      Google a développé un circuit qu'il pense quantique avec 53 q-bits ; (il fonctionne à une température de 0 mK : on ne va pas le voir dans nos ordinateurs demain)

2)      Ce processeur a été utilisé pour générer des nombres aléatoires (oui, c'est pas fou, fou comme utilisation)

3)      Ils ont utilisé une méthode statistique pour vérifier que les q-bits étaient bien des q-bits et la preuve est donnée à 5-sigma  (With 5sigma confidence, we assert that the average fidelity of running these circuits on the quantum  processor is greater than at least 0.1%). Pour un truc physique, cela n'a absolument rien de fou.

4)      Enfin, pour prouver la "suprématie quantique", ils ont comparé leur circuit avec une simulation des q-bits avec les équations de Schrodinger ; d’où le facteur 10 000 ans.

 

Pour résumer, on est quand même très très loin de ce que l'on considère comme "atteindre la suprématie quantique".

Ils auraient utilisé ce circuit pour factoriser un nombre premier, là cela aurait-été différent. Mais rien dans l'article ne laisse penser que leur circuit permet de faire des opérations sur les q-bits.

 

--

 

Après, maintenir la cohérence sur 53 q-bits (si c'est bien le cas) c'est déjà un exploit en soi.

 

--

Sur les ordinateurs quantiques en général :

1)      Il n'existe pas d'algo quantique qui transformerait un problème NP en P mais Il existe un algo qui transforme un problème en exp(n) => exp (n/2)

2)      Par contre, il existe l'algo de Shor qui permet de factoriser un nombre de  N bits en un temps linéaire.

3)      Donc si on arrive a avoir des machines avec un petit millier de q-bit, toute la crypto en clé publique/clé privé actuellement utilisée tombe. C'est absolument pas neutre.

 

A Priori, il y a également des utilisations possibles de l'ordinateur quantique en météorologie et ML, mais je ne connais pas le détail.

[Freezbee]

Une équipe chinoise atteint à son tour la suprématie quantique :

 

Citation

The new light-based quantum computer Jiuzhang has achieved quantum supremacy

 

A second type of quantum device performed a calculation impossible for a traditional computer

 

The quantum computer Jiuzhang works by sending particles of light (illustrated in red) into a network of channels and then measuring the photons at the other end.

 

A new type of quantum computer has proven that it can reign supreme, too.

 

A photonic quantum computer, which harnesses particles of light, or photons, performed a calculation that’s impossible for a conventional computer, researchers in China report online December 3 in Science. That milestone, known as quantum supremacy, has been met only once before, in 2019 by Google’s quantum computer (SN: 10/23/19). Google’s computer, however, is based on superconducting materials, not photons.

 

“This is the first independent confirmation of Google’s claim that you really can achieve quantum supremacy,” says theoretical computer scientist Scott Aaronson of the University of Texas at Austin. “That’s exciting.”

 

Named Jiuzhang after an ancient Chinese mathematical text, the new quantum computer can perform a calculation in 200 seconds that would take more than half a billion years on the world’s fastest non-quantum, or classical, computer.

 

“My first impression was, ‘wow,’” says quantum physicist Fabio Sciarrino of Sapienza University of Rome.

 

Google’s device, called Sycamore, is based on tiny quantum bits made of superconducting materials, which conduct energy without resistance. In contrast, Jiuzhang consists of a complex array of optical devices that shuttle photons around. Those devices include light sources, hundreds of beam splitters, dozens of mirrors and 100 photon detectors.

 

Employing a process called boson sampling, Jiuzhang generates a distribution of numbers that is exceedingly difficult for a classical computer to replicate. Here’s how it works: Photons are first sent into a network of channels. There, each photon encounters a series of beam splitters, each of which sends the photon down two paths simultaneously, in what’s called a quantum superposition. Paths also merge together, and the repeated splitting and merging causes the photons to interfere with one another according to quantum rules.

 

Finally, the number of photons in each of the network’s output channels is measured at the end. When repeated many times, this process produces a distribution of numbers based on how many photons were found in each output.

 

If operated with large numbers of photons and many channels, the quantum computer will produce a distribution of numbers that is too complex for a classical computer to calculate. In the new experiment, up to 76 photons traversed a network of 100 channels. For one of the world’s most powerful classical computers, the Chinese supercomputer Sunway TaihuLight, predicting the results that the quantum computer would get for anything beyond about 40 photons was intractable.

 

While Google was the first to break the quantum supremacy barrier, the milestone is “not a single-shot achievement,” says study coauthor and quantum physicist Chao-Yang Lu of the University of Science and Technology of China in Hefei. “It’s a continuous competition between constantly improved quantum hardware and constantly improved classical simulation.” After Google’s quantum supremacy claim, for example, IBM proposed a type of calculation that might allow a supercomputer to perform the task Google’s computer completed, at least theoretically.

 

And achieving quantum supremacy doesn’t necessarily indicate that the quantum computers are yet very useful, because the calculations are esoteric ones designed to be difficult for classical computers.

 

The result does boost the profile of photonic quantum computers, which haven’t always received as much attention as other technologies, says quantum physicist Christian Weedbrook, CEO of Xanadu, a Toronto-based company focused on building photonic quantum computers.  “Historically, photonics has been the dark horse.”

 

One limitation of Jiuzhang, Weedbrook notes, is that it can perform only a single type of task, namely, boson sampling. In contrast, Google’s quantum computer could be programmed to execute a variety of algorithms. But other types of photonic quantum computers, including Xanadu’s, are programmable.

 

Demonstrating quantum supremacy with a different type of device reveals how rapidly quantum computing is progressing, Sciarrino says. “The fact that now the two different platforms are able to achieve this regime … shows that the whole field is advancing in a very mature way.”

 

 

[Cthulhu]

Je trouve ça presque étrange que ça n'ait pas fait plus de bruit. C'est encore trop théorique pour qu'on se rende compte de l'impact, mais c'est une avancée technologie majeure.

 

La vidéo hype de Microsoft est très cool sur le sujet. J'adore le low-key "on avait besoin d'un nouvel état de la matière, donc on l'a créé". Difficile de faire plus badas.

 

 

Pour contexte, on venait difficilement de dépasser la barre des 1000 qbits. Passer à un million serait un immense pas en avant.

[fm06]

je suis un peu sceptique moi aussi.
La physicienne Sabine Hossenfelder décrypte (un peu) le sujet.

[Freezbee]

Dites, j'ai toujours trouvé qu'il manquait un fil consacré aux ordis quantiques... Ça serait peut-être l'occasion d'en créer un, plutôt que d'avoir des infos parcellaires et/ou éparpillées ?

[Mégille]

Oui, il faudrait le créer dans le sous-forum |science et technologie> + |taverne>

[Sekonda]

6 hours ago, Freezbee said:

Dites, j'ai toujours trouvé qu'il manquait un fil consacré aux ordis quantiques... Ça serait peut-être l'occasion d'en créer un, plutôt que d'avoir des infos parcellaires et/ou éparpillées ?

Heureusement que quelqu'un avait eu la bonne idée d'en créer un en 2019.

 

[Freezbee]

C'est moche de vieillir...