Une nouvelle loi pour décrire la vitesse de développement des ordinateurs quantiques?

La loi de Niven dit que les ordinateurs quantiques s'améliorent à une "double vitesse exponentielle". S'il peut résister à l'épreuve du temps, alors attendez que la supériorité quantique ne soit pas longue.

Processeur quantique Foxtail de Google

En décembre 2018, des scientifiques de Google AI ont effectué des calculs sur le meilleur processeur quantique de Google. Ils ont pu reproduire ces calculs sur un ordinateur portable ordinaire. Puis, en janvier, ils ont lancé le même test sur une version améliorée de la puce quantique. Cette fois, ils avaient besoin d'un ordinateur de bureau puissant pour simuler le résultat. Et en février, ils n'avaient plus les ordinateurs classiques capables de simuler leurs rivaux quantiques. Pour ce faire, les chercheurs ont dû demander du temps processeur sur un immense réseau de serveurs.

"En février, j'ai dû passer quelques appels et dire:" Hé, nous avons besoin de plus de quotas "", a déclaré Hartmut Niven , directeur du Laboratoire d'intelligence artificielle quantique de Google. «Nous avons exécuté des tâches qui nécessitaient un million de processeurs.»

Cette amélioration rapide a conduit à la soi-disant La loi de Niven, une nouvelle règle qui décrit la vitesse à laquelle les ordinateurs quantiques rattrapent les ordinateurs classiques. La règle est née en tant qu'observation interne, et seulement alors Niven l'a mentionnée en mai lors du symposium Google Quantum Spring. Là, il a dit que les ordinateurs quantiques augmentent la puissance de calcul par rapport aux ordinateurs classiques avec une vitesse "double exponentielle" - un mouvement incroyablement rapide.

Avec une croissance exponentielle double, «au début, il semble que rien ne se passe, rien ne se passe, puis oh - et tout à coup, vous êtes dans un autre monde», a déclaré Niven. "C'est ce que nous observons."

Même la croissance exponentielle est un phénomène assez rapide. Cela signifie qu'une certaine quantité augmente, comme les puissances de deux: 2 ¹ , 2 ² , 2 ³ , 2 ⁴ . Au début, l'augmentation n'est pas si notable, mais les suivantes sont énormes. La loi de Moore, la fameuse règle qui double la puissance de calcul tous les deux ans environ, est exponentielle.

La double croissance exponentielle semble plus significative. Au lieu d'augmenter les degrés de deux, la valeur augmente à mesure que les degrés de deux: 2 ^{2 1} , 2 ^{2 2} , 2 ^{2 3} , 2 ^{2 4} . La double croissance exponentielle a été mise en évidence dans un article récent, « Computer Specialists Expanding the Limits of Testable Knowledge », et a décrit l'énorme taux de croissance de la complexité de certains problèmes de calcul. La double croissance exponentielle est si unique qu'il lui est difficile de trouver des exemples dans le monde réel. Et la vitesse des progrès de l'informatique quantique pourrait être le premier exemple de ce type.

La double vitesse exponentielle avec laquelle, selon Niven, les ordinateurs quantiques rattrapent les ordinateurs classiques, est le résultat d'une combinaison de deux facteurs exponentiels. Premièrement, les ordinateurs quantiques ont un avantage exponentiel interne par rapport aux ordinateurs classiques: s'il y a, par exemple, quatre qubits dans un circuit quantique, alors sa puissance de calcul est comparable à un circuit de 16 bits ordinaires. Ce serait vrai même sans une amélioration de la technologie quantique.

Le deuxième facteur exponentiel apparaît en raison de l'amélioration rapide des processeurs quantiques. Niven dit que les meilleures puces quantiques de Google se sont améliorées de façon exponentielle ces derniers temps. Cette vitesse est due à une diminution du nombre d'erreurs. Cela a permis aux ingénieurs de construire des processeurs quantiques plus grands, a déclaré Niven. Si les ordinateurs classiques nécessitent exponentiellement plus de puissance de calcul pour simuler des processeurs quantiques et que la puissance de ces processeurs quantiques croît de façon exponentielle au fil du temps, il en résulte une double relation exponentielle entre les machines quantiques et classiques.


Hartmut Niven, directeur du laboratoire d'intelligence artificielle quantique de Google

Tout le monde n'en est pas convaincu. Premièrement, les ordinateurs classiques ne sont pas immobiles. Les puces ordinaires continuent de s'améliorer, même si la loi de Moore ne fonctionne plus . De plus, les informaticiens proposent constamment des algorithmes plus efficaces qui aident les ordinateurs classiques à suivre le rythme.

"Compte tenu de toutes les parties mobiles, y compris les améliorations des côtés classique et quantique, il est difficile d'appeler cette croissance à double exponentielle", a déclaré Andrew Childs , l'un des directeurs du centre conjoint pour l'information quantique et l'informatique à l'Université du Maryland.

Et bien que la vitesse exacte avec laquelle les ordinateurs quantiques rattrapent les ordinateurs classiques puisse être un sujet de débat, il n'y a aucun doute sur l'amélioration rapide de la technologie quantique.

"Je pense que la réalité indéniable de ces progrès a fait passer le ballon du côté des gens qui croient que les ordinateurs quantiques évolutifs ne fonctionneront pas", a écrit Scott Aaronson , spécialiste informatique à l'Université du Texas à Austin, par e-mail. "Maintenant, ils devront clairement expliquer où et pourquoi ces progrès vont s'arrêter."

Le principal objectif du domaine de l'informatique quantique est de produire des calculs quantiques efficaces qui ne peuvent pas être simulés dans un délai raisonnable sur les ordinateurs classiques les plus puissants (et le supercalculateur Summit du Oak Ridge National Laboratory est désormais considéré comme le plus puissant). Et parmi divers groupes de recherche développant des ordinateurs quantiques, Google est particulièrement fort en déclarant sa poursuite de cet objectif, connu sous le nom de «supériorité quantique».

Jusqu'à présent, la supériorité quantique reste insaisissable - il semble parfois qu'elle vient d'être atteinte, mais jusqu'à présent elle a échoué. Mais si la loi de Niven est mise en œuvre, alors cet objectif est court. Niven ne dit pas exactement quand, à son avis, l'équipe Google atteindra la supériorité quantique, mais admet que cela peut arriver bientôt.

"Nous disons souvent que nous pensons que nous y parviendrons en 2019", a déclaré Niven. "Tous les signes sont déjà là."