« Quantum Particulars » est une chronique éditoriale présentant des informations exclusives et des entretiens avec des chercheurs, des développeurs et des experts quantiques qui examinent les principaux défis et processus dans ce domaine. Cet article, rédigé par Ruti Ben-Shlomi, le PDG et co-fondateur de Solveur de lumière, se concentre sur le traitement laser comme avantage de l’informatique quantique. 

Les entreprises cherchent constamment à améliorer leur efficacité, à augmenter leur productivité et à réduire leurs coûts. Toutefois, dans de nombreux cas, la réalisation de ces objectifs dépend de capacités d’optimisation rigoureuses. Prenez par exemple la livraison du dernier kilomètre ou l'envoi d'une équipe de techniciens de service sur des centaines de sites : pour créer des itinéraires et des horaires très efficaces, les entreprises doivent résoudre des problèmes d'optimisation combinatoire. Le défi de ce type de calcul est qu’ils sont NP-difficiles, ce qui signifie qu’ils augmentent de façon exponentielle à mesure que le nombre de variables et de contraintes augmente. Par exemple, il y a plus de 1094 moyens de répartir 10 tâches parmi une équipe de sept techniciens de service sur le terrain – une taille de problème qui dépasse les capacités des ordinateurs actuels.

Alors que les superordinateurs classiques semblent avoir atteint leurs limites de calcul, les ordinateurs quantiques ne sont pas encore évolutifs ni pratiques pour résoudre des problèmes complexes du monde réel. Ce dont nous avons besoin, c'est d'une meilleure méthode pour résoudre ces problèmes. maintenant – et pas seulement des défis logistiques, mais des problèmes couvrant toute la gamme, depuis l’optimisation du portefeuille financier et l’amélioration de la modélisation des risques jusqu’à la découverte de médicaments et l’amélioration de la science des matériaux.

Heureusement, il existe aujourd’hui une nouvelle technologie d’inspiration quantique qui exploite la puissance des lasers pour calculer plus rapidement que les ordinateurs classiques et quantiques les plus puissants. Ce nouveau paradigme informatique est exempt de composants électroniques, promet de transcender les limites du calcul haute performance (HPC) classique et offre une solution plus pratique que l'informatique quantique pour résoudre des problèmes d'optimisation complexes.

Au-delà des limites du HPC et du Quantum

Les ordinateurs classiques résolvent les problèmes d'optimisation à l'aide de techniques d'approximation, ce qui aboutit à des solutions de qualité compromise et à des temps de traitement qui augmentent de façon exponentielle avec la taille du problème, dépassant rapidement les limites supérieures des HPC actuels. Même les plus puissants les supercalculateurs, dont les performances dépassent les cent quadrillions de FLOPS, pourraient se heurter à un mur et nécessitent également des quantités insoutenables d’énergie et de refroidissement. En conséquence, de nombreuses entreprises ne peuvent pas tirer parti de l’abondance de données disponibles aujourd’hui et réellement améliorer leur activité. 

Les ordinateurs quantiques sont très prometteurs mais ne sont pas encore abordables ni évolutifs. Ils sont également confrontés à des défis techniques non négligeables, tels que la nécessité d'environnements à ultra-vide, de composants spécialisés et de systèmes de stabilisation complexes impliquant des conditions ultra-froides. Malgré les efforts déployés pour répondre à ces exigences exigeantes, les ordinateurs quantiques restent sujets aux erreurs et à une diminution correspondante de la fiabilité et de la précision.

Certains recuits quantiques sont désormais disponibles dans le cloud, mais la plupart d'entre eux souffrent de problèmes de performances et d'évolutivité en raison d'une connectivité limitée, ce qui entrave leur capacité à résoudre efficacement des problèmes complexes du monde réel.

Une solution lumineuse via le laser

Le traitement laser est un nouveau paradigme informatique qui utilise des lasers couplés pour des tâches informatiques. Il ne nécessite aucun composant électronique et offre de nombreux avantages par rapport aux approches informatiques conventionnelles, tels qu'une vitesse de traitement plus rapide, une précision améliorée, une faible consommation d'énergie, une évolutivité et un fonctionnement dans des conditions ambiantes. 

Comment ça marche?

Les lasers peuvent résoudre des problèmes mathématiques qui peuvent être exprimés sous forme d’optimisation binaire quadratique sans contrainte (QUBO) ou de modèle d’Ising. L'informatique laser fonctionne en codant les contraintes du problème dans les phases relatives des lasers. Les états de phase interagissent ensuite en diffractant la lumière provenant et entre chaque laser de manière contrôlable, facilitée par un réseau laser étroitement couplé. Cette conception garantit une connectivité complète entre tous les lasers, permettant des interactions de rotation tout-à-tout par paire au sein d'un appareil de la taille d'un ordinateur de bureau. 

Grâce à la nature ondulatoire des lasers et à un processus de cartographie spécialisé, les faisceaux laser convergent de manière transparente vers l'état de perte d'énergie minimale qui correspond à la solution du problème et qui peut être lu par une caméra. Mieux encore, à l’instar des ordinateurs quantiques, les lasers peuvent calculer différentes solutions en parallèle, calculant ainsi les résultats à la vitesse de la lumière, bien plus rapidement que les autres techniques.

Contrairement aux systèmes quantiques, un supercalculateur laser n’est pas sensible aux conditions environnementales et n’a pas besoin de fonctionner dans un ultra-vide. Il démontre également une évolutivité remarquable sans nécessiter une augmentation de la taille de l’appareil. La taille compacte des solutions de traitement laser, construites avec des composants commerciaux facilement disponibles, facilite également leur accessibilité. Tous ces avantages ouvrent la voie à une adoption plus large, non seulement pour les applications sur site, mais également pour les cas d'utilisation de l'IoT tels que les véhicules autonomes, ainsi que pour le déploiement sur le terrain sur les plates-formes pétrolières et autres sites distants. 

Regard vers l'avenir sur le traitement laser

Lors de tests récents, le traitement laser a démontré sa capacité à résoudre des problèmes NP-difficiles. Il s’agit d’une réalisation monumentale, qui donne une première indication du potentiel informatique énorme du traitement laser. À mesure qu’il continue de se développer et d’évoluer, il pourrait révolutionner le domaine de l’informatique et résoudre des problèmes que l’on croyait autrefois insolubles. 

Les grandes entreprises technologiques telles qu’IBM, Microsoft et Google s’empressent de construire des ordinateurs quantiques fiables, mais ce nouveau paradigme utilisant la technologie laser existante et éprouvée résout aujourd’hui des problèmes du monde réel. Il peut aider les entreprises à conserver les ressources, à augmenter leurs revenus et à réduire leur consommation d’énergie, capacités qui sont cruellement nécessaires dans le climat économique difficile actuel. Le traitement laser devient partie intégrante du paysage du calcul intensif et est bien placé pour dépasser le HPC et l’informatique quantique dans les années à venir.

Ruti Ben Shlomi, PhD, est physicienne et PDG de LightSolver, qu'elle a cofondée avec le Dr Chene Tradonsky en 2020 après avoir inventé le premier LPU. Avant Solveur de lumière, Ruti a obtenu son doctorat en physique quantique et atomique/moléculaire en 2019 à l'Institut des sciences Weizmann en Israël. En 2011, elle a obtenu sa maîtrise en physique de l'Université Ben Gourion du Néguev après avoir conçu et construit un système d'atomes ultrafroids à partir de zéro. Entre ses diplômes, Ruti a travaillé comme ingénieur de processus pour Intel. 

Catégories:
Article invité, photonique, l'informatique quantique, un article

Mots clés:
Luxinar SR AOM, Solveur de lumière, Ruti Ben Shlomi

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• La source: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-particulars-guest-column-beyond-hpc-ahead-of-quantum-laser-processing-emerges-as-the-breakthrough-solution-for-complex-optimization-challenges/