Référence
https://arxiv.org/abs/2502.17368
[Submitted on 24 Feb 2025]
Beyond NISQ: The Megaquop Machine
Today’s Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers have scientific value, but quantum machines with broad practical value must be protected against noise using quantum error correction and fault-tolerant protocols. Recent studies of quantum error correction on actual hardware are opening a new era of quantum information processing. Error-corrected computers capable of performing one million quantum operations or more may be realized soon, raising a compelling question for the quantum community: What are the potential uses of these megaquop machines?
| Comments: | 7 pages. Based on a keynote address at the Q2B 2024 Conference in Silicon Valley on 11 December 2024 |
| Subjects: | Quantum Physics (quant-ph) |
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Entretien entre John Preskill et Karmela Padavic-Callaghan
Comment la machine Megaquop pourrait-elle inaugurer une nouvelle ère d’informatique quantique
John Preskill guide la croissance de l’industrie de l’informatique quantique depuis des décennies, et maintenant il s’est donné un nouveau défi – obtenir un appareil capable d’un million d’opérations quantiques, ou un mégaquop.
La dernière décennie a connu des avancées et des investissements importants dans l’informatique quantique, et pourtant les appareils que nous avons aujourd’hui n’ont essentiellement aucun but pratique. Ceci pour deux raisons principales – la première étant que les qubits, ou bits quantiques, qui composent les machines d’aujourd’hui luttent toujours avec le bruit ou les erreurs, que nous apprenons simplement à corriger. La seconde est que les appareils qui pourraient résoudre des problèmes pratiques devraient nécessiter beaucoup plus de qubits que même les plus grands ordinateurs quantiques actuellement.
En 2018, John Preskill du California Institute of Technology a inventé l’expression «quantum bruyant à l’échelle intermédiaire», ou NISQ, pour décrire cette ère actuelle de calcul quantique – des appareils prometteurs mais imparfait avec moins d’erreurs, devenant finalement «tolérants aux pannes». Maintenant, il se projette sur la prochaine ère de l’informatique quantique: la « Machine Megaquop».
Karmela Padavic-Callaghan: Votre idée de «l’ère NISQ» a été pleinement adoptée par le champ informatique quantique – était-ce une surprise? L’ère NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum ou noisy intermediate scale quantum ) représente une phase charnière dans l’évolution de l’informatique quantique, caractérisée par l’utilisation de processeurs quantiques possédant entre 50 et quelques centaines de qubits. Ces processeurs quantiques sont intrinsèquement bruyants, ce qui signifie qu’ils sont sujets aux erreurs et à la décohérence en raison de la nature fragile des états quantiques. L’importance de l’ère NISQ réside dans son potentiel à combler le fossé entre les technologies quantiques actuelles et la réalisation d’ordinateurs quantiques à grande échelle entièrement tolérant aux pannes
Un ordinateur NISQ (noisy intermediate scale quantum) est un type d’ordinateur quantique, ordinateur quantique imparfait (bruité) de taille intermédiaire.
John Preskill: Je ne m’attendais pas à ce que le terme soit si largement adopté, mais j’avais l’impression que nous avions besoin d’un mot pour exprimer succinctement l’idée que nous entrions dans l’ère où nous avions des machines qui pourraient effectuer au moins certaines tâches très difficile à simuler avec des ordinateurs conventionnels.
J’essayais de souligner le message selon lequel nous allons probablement avoir besoin de tolérance aux défauts pour vraiment exécuter des applications importantes pour tous Mais en attendant, nous avons eu l’occasion d’expérimenter ces machines NISQ et peut-être de trouver certaines choses qu’ils peuvent faire qui seront utiles, du moins aux scientifiques et éventuellement aux entreprises.
Karmela Padavic-Callaghan: Vous avez maintenant proposé une nouvelle frontière pour la communauté informatique quantique, un appareil qui peut effectuer un million d’opérations quantiques dite la «machine Megaquop». Pourquoi?
John Preskill: Je pense qu’il est important d’avoir des objectifs comme la machine Megaquop. Pourquoi ai-je choisi un million d’opérations? Tout d’abord, car je ne pense pas que nous serons en mesure d’accéder à ce régime sans utiliser de correction d’erreur et d’atteindre la tolérance aux pannes. C’est nettement au-delà des circuits quantiques que nous pouvons exécuter sans correction d’erreur, et c’est en quelque sorte au bord de l’endroit où nous pouvons commencer à faire des simulations dont je pense qu’au moins les scientifiques trouveront beaucoup plus informatives que ce que nous pouvons faire dans le ERA NISQ.
Karmela Padavic-Callaghan: À l’heure actuelle, les gens ont exécuté des circuits avec environ 13 000 opérations, mais vous devez faire beaucoup d’atténuation d’erreurs et la quantité de physique que vous pouvez retirer est plutôt modeste.
Karmela Padavic-Callaghan. La machine Megaquop a-t-elle une contrepartie dans l’histoire de l’informatique traditionnelle?
John Preskill. Des ordinateurs ont été développés à la fin des années 40 et au début des années 50, largement motivés par la volonté de les utiliser pour simuler des systèmes physiques. Ce sera intéressant à refaire avec les machines à l’échelle Megaquop. Ce seront les applications les plus importantes, avec des implications pratiques pour la chimie et la science des matériaux.
Il y a là quelque chose d’analogue à l’informatique conventionnelle en ce sens que nous allons commencer par utiliser ces machines pour faire de la science, et pas nécessairement pour les applications qui affectent directement les utilisateurs.
Mon autre pensée est que les gens disent souvent qu’avec l’informatique quantique, nous n’avons pas encore le transistor, nous sommes toujours dans l’ère du tube à vide ou quelque chose d’analogue. Donc il pourrait y avoir un changement technologique important lorsque nous proposerons de meilleures plates-formes quantiques que nous pourrons faire évoluer plus facilement.
Karmela Padavic-Callaghan, Vous avez dit que déterminer pour quoi la machine Megaquop sera utile est un défi convaincant pour la communauté quantique. Comment le nombre croissant de sociétés informatiques quantiques peuvent-elles faire partie de l’effort consistant à dire : « d’accord, mais que puis-je faire maintenant que je ne pouvais pas faire avant? Nous devons continuer à essayer d’appliquer une nouvelle réflexion sur les applications.
John Preskill Des ordinateurs ont été développés à la fin des années 40 et au début des années 50, largement motivés par la volonté de les utiliser pour simuler des systèmes physiques. Ce sera intéressant à refaire avec les machines à l’échelle quantique.
Je me soucie du fait que dans l’industrie, il y a des attentes trop optimistes quant à l’impact économique de l’informatique quantique en termes d’échelle de temps pour l’atteindre. C’était vrai lorsque nous parlions des appareils NISQ il y a quelques années, et je pense que cela sera également vrai pour la tolérance aux défauts précoces. Je pense que nous avons vraiment une longue route devant nous pour atteindre une valeur économique réelle.
Karmela Padavic-Callaghan Si vous vous réveilliez demain et que quelqu’un vous ait remis une machine Megaquop, qu’en feriez-vous?
John Preskill Je m’intéresse à la théorie des champs quantiques et aux nouveaux types de phénomènes qui se produisent dans des théories de champ fortement couplées. Nous avons de très bons outils pour les ordinateurs conventionnels pour simuler ces théories dans une dimension, mais les outils en deux dimensions ne sont pas du tout bons pour les ordinateurs conventionnels. Donc, pour moi, c’est l’occasion de faire quelque chose d’intéressant. La machine Megaquop serait peut-être un peu moins de ce dont nous aurons besoin, mais un bon début pour étudier des phénomènes qui sont juste hors de portée des ordinateurs conventionnels.
Article modifié le 14 février 2025
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