Une impulsion laser d'une durée d'une nanoseconde et demie frappe un cristal non linéaire, et naît un flux de lumière comprimée. C'est ainsi que commence l'expérience sur le processeur quantique « Jiuzhang 4.0 » en Chine. En 25,6 microsecondes, ce labyrinthe de miroirs et de fibres optiques produit un échantillon pour lequel le supercalculateur classique le plus puissant, El Capitan, aurait besoin de plus de $10^{42}$ années. L'âge de l'Univers n'est que de 1,4×$10^{10}$ ans.

L'échantillonnage bosonique gaussien est une expérience quantique avec des photons intriqués qui transforme le processeur photonique en générateur de nombres aléatoires à la statistique d'une complexité inimaginable. Chaque photon, en traversant le labyrinthe de 8176 modes, choisit en quelque sorte l'un des innombrables chemins, et son choix dépend de tous les autres. Un ordinateur classique doit énumérer ces chemins un par un, et leur nombre croît de manière exponentielle. « Jiuzhang 4.0 » utilise un codage hybride spatio-temporel : les photons sont répartis à la fois dans l'espace et dans le temps d'arrivée, ce qui donne une croissance cubique de la connectivité : 16×16×16 = 4096 combinaisons possibles pour une croissance linéaire des ressources physiques.

Auparavant, le principal fléau de l'informatique quantique photonique était les pertes : les photons se perdaient dans les éléments optiques, ce qui donnait aux algorithmes classiques une échappatoire : on pouvait simuler non pas un système idéal, mais un système « percé », ce qui est beaucoup plus simple. Dans ce nouveau travail, les pertes ont été réduites à 49 % sur l'ensemble du circuit : les sources de lumière comprimée ont une efficacité de 92 %, les détecteurs de 93 %, et la phase est stabilisée avec une précision de λ/200. Cela a permis pour la première fois de faire passer l'échantillonnage bosonique gaussien à 1024 états comprimés en entrée et 8176 modes en sortie, enregistrant jusqu'à 3050 coïncidences photoniques, soit plus d'un ordre de grandeur au-dessus des records précédents.

La comparaison avec les meilleurs simulateurs classiques a montré qu'aucun d'entre eux n'est capable de reproduire la statistique de l'appareil. Même le récent algorithme matriciel MPS (produit d'états matriciels, une manière compacte de décrire un système quantique) nécessite une dimension de liaison χ supérieure à 8×$10^{21}$, ce qui rend les calculs impossibles. L'estimation du temps de simulation sur El Capitan dépasse $10^{42}$ années, alors que le processeur quantique produit un échantillon en 25,6 microsecondes. L'accélération est de plus de $10^{54}$ fois. Ce n'est plus une course, c'est un gouffre.

Jusqu'à présent, on ne savait pas si l'échantillonnage bosonique gaussien pouvait être étendu à des milliers de modes sans que les pertes de photons n'annihilent l'avantage quantique. « Jiuzhang 4.0 » a répondu : oui, c'est possible. En créant un schéma hybride spatio-temporel avec une connectivité cubique et des sources à haute efficacité, les physiciens ont montré qu'avec une efficacité totale de 51 % et 1024 états comprimés, les algorithmes classiques, y compris MPS, ne peuvent pas reproduire la statistique de l'expérience, même en théorie. Cette plateforme peut désormais servir de banc d'essai pour la génération d'états de cluster, des réseaux intriqués nécessaires à l'informatique quantique tolérante aux pannes basée sur les mesures.

La prochaine étape consiste à utiliser la même architecture pour créer des états de cluster tridimensionnels massifs. Le codage hybride spatio-temporel permet déjà de contrôler des milliers de modes fortement intriqués, et l'amélioration des sources et des détecteurs pourrait encore augmenter l'efficacité et le nombre de photons. Peut-être verra-t-on aussi de nouveaux algorithmes classiques ciblant précisément cette architecture : la course continuera, mais désormais le camp quantique dispose d'une solide marge de sécurité. Le labyrinthe, dans lequel les photons trouvent leur chemin en quelques microsecondes, alors qu'un ordinateur classique n'aurait pas assez du temps de l'Univers, reste pour l'instant infranchissable.