Qu'entend-on par technologie «Noisy Intermediate-Scale Quantum» (NISQ)?

Preskill a introduit récemment ce terme, voir par exemple l' informatique quantique à l'ère NISQ et au-delà (arXiv) . Je pense que le terme (et le concept qui le sous-tend) est d'une importance suffisante pour qu'il mérite d'être expliqué ici de manière pédagogique. Cela mérite probablement plus d'une question, mais la première doit être:

Que sont les technologies Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ)?

Lorsque nous parlons d'ordinateurs quantiques, nous entendons généralement des dispositifs tolérants aux pannes. Ceux-ci pourront exécuter l'algorithme de Shor pour l'affacturage, ainsi que tous les autres algorithmes qui ont été développés au fil des ans. Mais la puissance a un coût: pour résoudre un problème d'affacturage qui n'est pas réalisable pour un ordinateur classique, nous aurons besoin de millions de qubits . Cette surcharge est nécessaire pour la correction des erreurs, car la plupart des algorithmes que nous connaissons sont extrêmement sensibles au bruit.

Même ainsi, les programmes exécutés sur des appareils de plus de 50 qubits deviennent rapidement extrêmement difficiles à simuler sur des ordinateurs classiques. Cela ouvre la possibilité que des appareils de ce type puissent être utilisés pour effectuer la première démonstration d'un ordinateur quantique faisant quelque chose qui est impossible pour un ordinateur classique. Ce sera probablement une tâche très abstraite et inutile à des fins pratiques, mais ce sera néanmoins une preuve de principe.

Une fois cela fait, nous serons dans une ère étrange. Nous saurons que les appareils peuvent faire des choses que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire, mais ils ne seront pas assez gros pour fournir des implémentations tolérantes aux pannes des algorithmes que nous connaissons. Preskill a inventé le terme « Noisy Intermediate-Scale Quantum » pour décrire cette époque. Bruyant car nous n'avons pas assez de qubits à épargner pour la correction d'erreurs, et nous devons donc utiliser directement les qubits imparfaits au niveau de la couche physique. Et 'Intermediate-Scale' en raison de leur petit (mais pas trop petit) nombre de qubit.

Alors, quelles applications pourraient avoir les appareils à l'ère NISQ? Et comment allons-nous concevoir le logiciel quantique pour les implémenter? Ce sont des questions auxquelles on ne répond pas complètement et qui nécessiteront probablement des techniques très différentes de celles de l'informatique quantique à tolérance de pannes.