L’une des grandes questions entourant l’informatique quantique est de savoir comment elle pourrait être appliquée dans des contextes pratiques. Des chercheurs de Google pourraient bien apporter une réponse à cette question. Ils ont conçu un système permettant de traiter des problèmes de physique classique avec des ordinateurs quantiques, en les traduisant au préalable à l’aide d’un puissant algorithme.
L’informatique quantique, longtemps reléguée au rang de science-fiction, est actuellement au cœur des recherches au sein de nombreuses entreprises et de nombreux laboratoires. Chez Google, une équipe dirigée par Ryan Babbush a récemment développé un algorithme qui permet de traduire des problèmes de physique classique afin qu’ils puissent être traités par des ordinateurs quantiques.
L’une des caractéristiques clés de cet algorithme est qu’il permet d’accélérer la dynamique de certains systèmes classiques sur un ordinateur quantique. Autrement dit, certains calculs extrêmement longs à effectuer sur un ordinateur classique pourraient être réalisés beaucoup plus rapidement sur un ordinateur quantique. « Il existe une classe importante de systèmes classiques dont la simulation de la dynamique sur un ordinateur quantique peut être accélérée de manière exponentielle », affirme l’un des chercheurs. L’étude est présentée dans la revue Physical Review X.
Convertir les problèmes physiques dans un format quantique
Ce nouvel algorithme agit en restructurant des problèmes de la physique classique afin qu’ils correspondent à un format pouvant être compris et traité efficacement par des ordinateurs quantiques. Pour cela, Babbush et son équipe se sont focalisés sur un système de billes reliées par des ressorts, un modèle qui permet de représenter le comportement de systèmes physiques complexes de manière simplifiée.
Ce modèle peut être utilisé pour décrire divers phénomènes, comme la dynamique des matériaux sous contrainte ou le mouvement des particules. Dans cette configuration, les billes représentent des masses ou des objets, et les ressorts représentent les forces entre ces derniers. La loi de Hooke, qui décrit la force nécessaire pour étendre ou comprimer un ressort, est souvent utilisée dans ce type de modèle.
Babbush et son équipe ont découvert que les équations mathématiques décrivant ces systèmes classiques de billes et ressorts pouvaient être traduites ou reformulées dans le langage de la mécanique quantique. Leur méthode utilise une forme spécifique de l’équation de Schrödinger, équation fondamentale de la physique quantique. Ils ont ainsi pu trouver une correspondance entre les modèles classiques et les concepts quantiques. La conversion implique de reformuler les paramètres de la physique classique et de les exprimer sous forme de qubits.
Un algorithme flexible
Babbush souligne que de nombreux problèmes physiques, y compris ceux impliquant des phénomènes ondulatoires, peuvent être décrits en utilisant la configuration de billes et de ressorts (mentionnée précédemment). Ce modèle est donc non seulement applicable à des situations mécaniques simples, mais aussi à des systèmes plus complexes. Il cite, par exemple, les cartes d’activité neuronale (qui représentent l’activité électrique dans le cerveau) et la réflexion de la lumière sur une surface. Cela signifie qu’il existe un large éventail de problèmes qu’il est possible de convertir pour un traitement dans le domaine quantique.
En ce qui concerne son efficacité, l’algorithme serait en mesure de prendre en charge un ensemble de problèmes appartenant à la classe dite « P ». Dans le contexte de la théorie de la complexité computationnelle, la classe P inclut des problèmes qui peuvent être résolus rapidement par des ordinateurs quantiques.
