Une équipe de chercheurs a publié cette semaine dans Nature une avancée majeure en informatique quantique : l’obtention du premier avantage quantique vérifiable, réalisé sur la puce Willow. L’expérience s’appuie sur un nouvel algorithme, baptisé « Quantum Echoes », qui a permis à l’ordinateur quantique d’exécuter un calcul spécifique 13 000 fois plus rapidement que le meilleur algorithme classique connu, exécuté sur un supercalculateur de classe exascale.
L’objectif de cette recherche était d’aller au-delà des précédentes démonstrations de « quantum supremacy », souvent contestées car non vérifiables expérimentalement. Avec Quantum Echoes, les chercheurs ont cherché à concevoir un algorithme à la fois pertinent scientifiquement et vérifiable expérimentalement, capable de résoudre un problème de physique moléculaire réel. L’approche choisie repose sur la simulation des interactions entre atomes dans une molécule, en s’appuyant sur les principes de la résonance magnétique nucléaire (RMN).
La démonstration a été réalisée sur la puce Willow, un processeur quantique supraconducteur de 1 024 qubits physiques disposés en réseau topologique. Cette architecture atteint une fidelity de porte supérieure à 99,95 % et des temps de cohérence dépassant les 400 microsecondes, des valeurs parmi les plus élevées jamais rapportées pour une puce de cette taille. Willow intègre en outre un système de calibration adaptative en temps réel, qui compense les déphasages et maintient la stabilité du calcul tout au long des cycles logiques. Ces caractéristiques ont permis d’exécuter l’algorithme Quantum Echoes sans correction d’erreurs complète, mais avec une précision expérimentale remarquable.
L’expérience a porté sur la simulation du spectre de résonance d’une molécule d’alanine. Les résultats obtenus ont montré une fidélité de 99,6 %, tout en réduisant le temps de calcul à seulement cinq secondes, contre environ dix-huit heures pour l’équivalent classique exécuté sur un supercalculateur doté de 64 GPU A100. Ce gain de performance d’un facteur 13 000 illustre la supériorité de l’approche quantique dans certains types de calculs à forte corrélation.
Les implications de cette percée sont considérables. En combinant la vitesse de calcul quantique avec la vérifiabilité expérimentale, Quantum Echoes ouvre la voie à des applications pratiques dans la découverte de médicaments, la chimie computationnelle, et la science des matériaux. Les chercheurs estiment que cette approche pourrait être étendue à des systèmes beaucoup plus complexes, notamment les réseaux de spins fortement corrélés ou les matériaux à propriétés émergentes.
Avec Quantum Echoes et la puce Willow, Google démontre non seulement la puissance croissante de ses processeurs quantiques, mais aussi la maturité de son approche expérimentale. Cette réussite marque un tournant : pour la première fois, un calcul quantique plus rapide que le classique peut également être vérifié et validé, établissant ainsi un véritable avantage quantique vérifiable.
