BlueQubit revendique un avantage en échantillonnage de circuits aléatoires sur la puce Nighthawk r2 d'IBM dans le cloud
Une prépublication de BlueQubit décrit un échantillonnage de circuits aléatoires sur 61 qubits d'ibm_phoenix d'IBM en 19 secondes, estimé à environ 110 ans sur le supercalculateur Frontier.
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Des chercheurs de BlueQubit, avec des collaborateurs affiliés à l'EPFL et à la XPRIZE Foundation, font état d'un avantage quantique computationnel en échantillonnage de circuits aléatoires sur un processeur commercial d'IBM accessible à quiconque dispose d'un accès cloud. Selon leur prépublication, une expérience de 61 qubits sur la puce ibm_phoenix de 120 qubits d'IBM, fondée sur l'architecture Nighthawk r2 de deuxième génération, a produit en 19 secondes un ensemble d'échantillons dont la reproduction prendrait environ 110 ans sur le supercalculateur Frontier.
Ce qui a été annoncé
L'article, Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers, a été mis en ligne sur arXiv et relayé par Quantum Computing Report le 28 octobre. Les auteurs soulignent que les circuits ont été compilés et exécutés via le flux de travail standard de Qiskit dans le cloud, sans étalonnage spécifique au benchmark. À leur connaissance, écrivent-ils, il s'agit de la première démonstration de ce type sur un processeur commercial et largement accessible que la plupart des utilisateurs non spécialistes pourraient reproduire. Les circuits, les scripts et l'ensemble complet d'un million d'échantillons sont publiés sur GitHub.
Les détails techniques
L'échantillonnage de circuits aléatoires exécute des couches de portes aléatoires et demande à la machine de produire des chaînes de bits ; pour un ordinateur classique, le défi consiste à produire des échantillons de qualité comparable. L'équipe a sélectionné 61 qubits et 102 coupleurs sur la puce à réseau carré à partir des données d'étalonnage les plus récentes, puis a appliqué des portes CZ natives selon un motif en briques à quatre couleurs.
La fidélité a été estimée de deux façons indépendantes, par benchmarking miroir et par benchmarking d'entropie croisée (XEB) par blocs, et les deux méthodes concordent à toutes les profondeurs. À la profondeur de référence de 36 cycles, qui compte 918 portes CZ, la fidélité estimée est d'environ 2,3 × 10⁻³. C'est à cette profondeur que le coût de la simulation par réseaux de tenseurs cesse de croître avec la profondeur pour cette taille de système. Selon le modèle de coût des auteurs, échantillonner classiquement un million de chaînes de bits nécessiterait environ 1,2 × 10²⁷ opérations machine, soit à peu près 110 ans sur Frontier. L'expérience complète a mobilisé environ 11 minutes de temps processeur.
L'article mesure aussi les progrès entre générations de puces IBM : la fidélité par cycle est passée de 0,836 sur le composant Nighthawk r1 de première génération (ibm_miami) à 0,872 sur r2, ce qui représente plus d'un ordre de grandeur sur les circuits profonds. Les auteurs ont testé des attaques par « sectionnement », qui tentent de falsifier le score XEB en découpant le circuit en morceaux, et constaté qu'aucune n'atteignait le score expérimental à 36 cycles ; la plus efficace restait environ dix fois en deçà.
Pourquoi c'est important
Comme l'expérience a été menée via un accès cloud ordinaire et que ses circuits, données et code sont publics, d'autres utilisateurs peuvent tenter de la reproduire plutôt que de croire l'affirmation sur parole. L'article fournit également un étalon concret des progrès du matériel supraconducteur d'IBM entre deux générations de puces.
Ce qu'il faut surveiller
Les auteurs restent prudents quant aux limites de leur affirmation. Leur estimation classique suppose une mémoire illimitée et des contractions à amplitude unique, et ils notent que des méthodes approchées, multi-amplitudes, de découpage (slicing) et à états produits de matrices pourraient réduire les coûts classiques, comme ce fut le cas pour de précédentes expériences d'avantage. Il s'agit d'une prépublication : l'évaluation par les pairs et les tentatives des équipes de simulation classique pour réduire l'écart seront les prochains tests.
Sources
Les informations de cette page proviennent des sources ci-dessous, collectées par DesignQuantum.
- Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers (arXiv preprint) arxiv.org
- rcs-nighthawk: circuits, data and code (GitHub) github.com
- BlueQubit Benchmarks Quantum Computational Advantage in Random-Circuit Sampling on IBM Nighthawk r2 Hardware (Quantum Computing Report) quantumcomputingreport.com