Les chercheurs de Google Quantum AI ont réalisé un pas en avant significatif, en tirant parti de leur ordinateur quantique Willow pour améliorer l’interprétation des données de résonance magnétique nucléaire (RMN). Cette technique largement utilisée en chimie et en biologie est cruciale pour comprendre les détails moléculaires, et les travaux de Google suggèrent que les ordinateurs quantiques pourraient bientôt apporter une aide précieuse dans ce domaine.
Pourquoi c’est important
Même si les ordinateurs quantiques sont surtout connus pour leur potentiel à briser la cryptographie moderne (bien que les appareils actuels ne soient pas assez puissants pour le faire), ils sont également prometteurs pour accélérer la découverte de médicaments et la science des matériaux. Ces domaines impliquent intrinsèquement des phénomènes quantiques complexes, ce qui les rend bien adaptés au calcul quantique. La dernière démonstration de Google montre comment les ordinateurs quantiques peuvent effectivement « parler le même langage que la nature », révolutionnant potentiellement l’analyse moléculaire.
Échos quantiques et RMN : une nouvelle approche
L’équipe s’est concentrée sur un protocole informatique appelé Quantum Echoes, qui s’appuie sur un concept similaire à « l’effet papillon ». Cet effet décrit comment un petit changement dans une partie d’un système peut entraîner de grandes conséquences ailleurs. Les chercheurs ont utilisé ce principe dans Willow, en utilisant 103 qubits pour simuler le comportement moléculaire.
Comment ça marche : simulation de perturbations moléculaires
Le processus comprend une série d’étapes :
- Manipulation de l’état quantique : Les chercheurs appliquent initialement une séquence spécifique d’opérations aux qubits, modifiant leurs états quantiques de manière contrôlée.
- Perturbation contrôlée : Un seul qubit est ensuite délibérément perturbé, agissant comme un « papillon quantique ».
- Inversion et mesure : La séquence originale d’opérations est appliquée à l’envers et les propriétés quantiques résultantes des qubits sont mesurées.
- Analyse mathématique : L’analyse de ces propriétés quantiques fournit un aperçu de l’ensemble du système, y compris des détails sur la structure de la molécule.
Cette approche reflète le processus RMN utilisé dans les laboratoires, qui consiste à pousser les molécules avec des ondes électromagnétiques et à analyser les réactions pour déterminer les positions relatives des atomes, agissant essentiellement comme une « règle moléculaire ». En émulant ce processus avec des qubits, les chercheurs peuvent potentiellement « voir entre des atomes » plus éloignés les uns des autres.
Performances et potentiel
L’équipe estime que l’exécution d’un protocole similaire sur un superordinateur conventionnel prendrait environ 13 000 fois plus de temps. De plus, la possibilité d’obtenir les mêmes résultats sur deux ordinateurs quantiques différents démontre la fiabilité et la cohérence du protocole Quantum Echoes. Cette amélioration est en grande partie due aux améliorations apportées au matériel de Willow, en particulier à une réduction des taux d’erreur qubit.
Limites actuelles et perspectives d’avenir
Bien que prometteurs, les travaux de l’équipe sont encore préliminaires. Les expériences actuelles n’utilisent que 15 qubits maximum et les résultats peuvent toujours être reproduits à l’aide de méthodes conventionnelles. De plus, les résultats n’ont pas fait l’objet d’un processus formel d’examen par les pairs.
Les experts conviennent que cette application des échos quantiques est très prometteuse, même si son utilité est actuellement limitée aux études biologiques spécialisées. Créer un lien entre des techniques établies comme la RMN et les calculs quantiques constitue une avancée importante. Cependant, la poursuite des progrès nécessite de remédier aux limites et de démontrer un net avantage par rapport aux méthodes existantes.
Les chercheurs se concentrent sur la réduction des taux d’erreur sur les qubits et sur l’augmentation du nombre de qubits utilisés dans le protocole, permettant ainsi l’analyse de molécules de plus en plus grandes et complexes. L’objectif ultime est de faire de cette technique un outil précieux pour les scientifiques de divers domaines.
La question de la détermination de la structure moléculaire est extrêmement importante et pertinente. Créer un lien entre une technique établie comme la RMN et les calculs effectués sur un ordinateur quantique est une étape importante, mais pour l’instant, l’utilité de la technique se limiterait probablement à des études hautement spécialisées en biologie. — Keith Fratus, simulations quantiques HQS
La recherche d’applications informatiques quantiques se poursuit et, même si Quantum Echoes on Willow constitue une démonstration expérimentale impressionnante, sa large utilisation dépend de la nécessité de surmonter les limitations actuelles et, à terme, de prouver sa supériorité sur les méthodes conventionnelles. En attendant, il reste un outil précieux pour les théoriciens de la physique impliqués dans l’étude fondamentale des systèmes quantiques.
