Les chercheurs de Google auraient atteint la « suprématie quantique »
L’ordinateur quantique de Google
Les nouvelles : Selon un rapport du Financial Times, une équipe de chercheurs de Google dirigée par John Martinis a démontré pour la première fois la suprématie quantique. C’est à ce moment qu’un ordinateur quantique est capable d’effectuer une tâche qui est hors de portée du supercalculateur conventionnel, même le plus puissant. L’allégation a été publiée dans un article qui a été affiché sur un site Web de la NASA, mais la publication a ensuite été retirée. Google n’a pas répondu à une demande de commentaires de MIT Technology Review.
Pourquoi la NASA ? Google a conclu une entente l’an dernier pour utiliser les supercalculateurs mis à la disposition de la NASA comme référence pour ses expériences de suprématie. Selon le rapport du Financial Times, le journal a déclaré que le processeur quantique de Google a été en mesure d’effectuer un calcul en trois minutes et 20 secondes qui prendrait aujourd’hui le supercalculateur le plus avancé, connu sous le nom de Summit, environ 10.000 ans. Dans l’article, les chercheurs affirment que, à leur connaissance, l’expérience « marque le premier calcul qui ne peut être effectué que sur un processeur quantique ».
Accélération quantique : Les machines quantiques sont si puissantes parce qu’elles utilisent des bits quantiques, ou qubits. Contrairement aux bits classiques, qui sont soit un 1 ou un 0, les qubits peuvent être dans une sorte de combinaison des deux en même temps. Grâce à d’autres phénomènes quantiques, qui sont décrits dans notre explicatif ici, les ordinateurs quantiques peuvent croquer de grandes quantités de données en parallèle que les machines conventionnelles doivent traiter de manière séquentielle. Les scientifiques travaillent depuis des années pour démontrer que les machines peuvent définitivement surpasser les machines conventionnelles.
Quelle est l’importance de ce jalon ? Très. Lors d’une discussion sur l’informatique quantique lors de la conférence EmTech du MIT Technology Review à Cambridge, Massachusetts cette semaine avant la publication de l’article de Google, Will Oliver, professeur au MIT et spécialiste en calcul quantique, a comparé ce jalon informatique au premier vol des frères Wright à Kitty Hawk en aviation. Il a déclaré qu’il donnerait une impulsion supplémentaire à la recherche dans ce domaine, ce qui devrait aider les machines quantiques à réaliser leur promesse plus rapidement. Leur immense puissance de traitement pourrait finalement aider les chercheurs et les entreprises à découvrir de nouveaux médicaments et matériaux, à créer des chaînes d’approvisionnement plus efficaces et à turbocompresser l’IA.
Mais, mais : Il n’est pas clair sur quelle tâche la machine quantique de Google travaillait, mais elle est susceptible d’être très étroite. Dans un commentaire envoyé par courriel à MIT Technology Review, Dario Gil d’IBM, qui travaille aussi sur les ordinateurs quantiques, dit qu’une expérience qui a probablement été conçue autour d’un problème d’échantillonnage quantique très étroit ne signifie pas que les machines vont dominer le jeu. « En fait, les ordinateurs quantiques ne régneront jamais sur les ordinateurs classiques, dit Gil, mais travailleront de concert avec eux, car chacun a ses propres forces. Pour de nombreux problèmes, les ordinateurs classiques resteront le meilleur outil à utiliser.
Et un autre mais : Les ordinateurs quantiques sont encore loin d’être prêts pour une utilisation courante. Les machines sont notoirement sujettes aux erreurs, car même le moindre changement de température ou la moindre vibration peut détruire l’état délicat des qubits. Les chercheurs travaillent sur des machines qui seront plus faciles à construire, à gérer et à mettre à l’échelle, et certains ordinateurs sont maintenant disponibles via le cloud computing. Mais il faudra peut-être encore de nombreuses années avant que les ordinateurs quantiques capables de s’attaquer à un large éventail de problèmes soient largement disponibles.
Ce n’est pas le nombre de qubits qui compte, c’est ce que vous en faites. (Le 9 mars 2018)
Soixante-douze, ce n’est peut-être pas beaucoup, mais en termes d’informatique quantique, c’est énorme. Cette semaine, Google a dévoilé Bristlecone, une nouvelle puce d’informatique quantique de 72 bits quantiques, ou qubits-les unités fondamentales du calcul dans une machine quantique. Comme le montrent notre compteur de qubit et notre chronologie, l’ancien détenteur du record n’est qu’un processeur de 50 qubit annoncé par IBM l’année dernière.
John Martinis, qui dirige l’effort de Google, dit que son équipe doit encore faire plus de tests, mais il pense qu’il est » très probable » que cette année, peut-être même dans quelques mois, la nouvelle puce puisse atteindre la » suprématie quantique « . C’est à ce moment qu’un ordinateur quantique peut faire des calculs hors de portée des supercalculateurs les plus rapides d’aujourd’hui.
Lorsque Google ou une autre équipe déclarera enfin le succès, attendez-vous à un flot de gros titres sur l’aube d’une ère nouvelle et passionnante. Les ordinateurs quantiques sont censés nous aider à découvrir de nouveaux produits pharmaceutiques et à créer de nouveaux matériaux, ainsi qu’à renverser la cryptographie sur sa tête.
Mais la réalité est plus compliquée. Vous aurez du mal à trouver un[chercheur] qui aime le terme » suprématie quantique « , dit Simon Benjamin, un expert quantique de l’Université d’Oxford. « C’est très accrocheur, mais c’est un peu déroutant et trop vendeur pour ce que les ordinateurs quantiques seront capables de faire. »
Blocs de construction quantiques
Blocs de construction quantiques
Pour comprendre pourquoi, un bref historique. La magie des ordinateurs quantiques réside dans ces qubits. Contrairement aux bits des ordinateurs classiques, qui stockent l’information sous la forme 1 ou 0, les qubits peuvent exister dans plusieurs états de 1 et 0 en même temps, un phénomène connu sous le nom de superposition. Ils peuvent aussi s’influencer les uns les autres, même lorsqu’ils ne sont pas physiquement liés, par un processus connu sous le nom d’emmêlement.
En résumé, même si quelques bits supplémentaires ne font qu’une différence modeste par rapport à la puissance d’un ordinateur classique, l’ajout de qubits supplémentaires à une machine quantique peut augmenter sa puissance de calcul de façon exponentielle. C’est pourquoi, en principe, il ne faut pas tant de qubits pour surpasser même les plus puissants des supercalculateurs actuels.
La création de qubits, cependant, exige des prouesses techniques prodigieuses, comme la construction de circuits supraconducteurs maintenus à des températures plus froides que l’espace extra-atmosphérique (l’approche utilisée par Google). C’est nécessaire pour les isoler du monde extérieur. Les changements de température ou les moindres vibrations – phénomène appelé « bruit » – peuvent entraîner la « décohère » des qubits ou la perte de leur fragile état quantique. Au fur et à mesure que cela se produit, les erreurs se glissent rapidement dans les calculs.
Et plus le nombre de qubits est élevé, plus il y a d’erreurs. Ils peuvent être corrigés à l’aide de qubits supplémentaires ou d’un logiciel intelligent, mais cela sape une grande partie de la capacité de calcul de la machine. Au cours des dernières années, les progrès de la technologie de surrefroidissement et d’autres domaines ont augmenté le nombre de qubits qui peuvent être filés et gérés efficacement. Mais c’est une bataille constante entre puissance et complexité.
Les espoirs d’atteindre la suprématie quantique ont déjà été anéantis. Pendant un certain temps, les chercheurs ont pensé qu’une machine de 49 qubits serait suffisante, mais l’an dernier, les chercheurs d’IBM ont pu simuler un système quantique de 49 qubits sur un ordinateur conventionnel (voir « Nouveaux rebondissements dans la voie de la suprématie quantique »). Les ordinateurs conventionnels ne sont pas en reste non plus : la Chine, en particulier, a investi massivement dans cette technologie et possède aujourd’hui les deux machines les plus puissantes du monde.
Le grand moment de Google
Pourtant, dit Daniel Gottesman de l’Institut Perimeter pour la physique théorique au Canada, bien que de meilleurs algorithmes et ordinateurs numériques pourraient déplacer un peu le seuil de la suprématie, il suffirait probablement de quelques qubits supplémentaires pour qu’une machine quantique les dépasse vraiment. Avec les 72 qubits de Bristlecone, il y a beaucoup de puissance de feu pour jouer.
À l’aide de Bristlecone, Martinis et ses collègues ont l’intention d’effectuer un test visant à démontrer la suprématie quantique. La définition stricte du benchmark est que la tâche doit être impossible à accomplir pour un ordinateur conventionnel. Mais cela soulève une question épineuse : comment savoir si un ordinateur quantique a vraiment produit une réponse correcte si vous ne pouvez pas la vérifier avec un ordinateur qui utilise des bits de silicium ?
Pour y faire face, l’équipe de Google prévoit d’aller jusqu’au bout, en utilisant une machine quantique pour résoudre un algorithme à la limite même des capacités des supercalculateurs actuels. « Vous pouvez également montrer que l’algorithme est d’une complexité exponentielle « , explique Martinis. L’ajout d’un seul qubit de plus prendrait alors le dispositif quantique bien au-delà de ce qu’une machine conventionnelle pourrait manipuler en un temps raisonnable.
Jeu de nom
Même si Google atteint le point de référence magique, la complexité et le coût de la gestion des machines quantiques limiteront leur utilité.
Bien qu’il existe des applications potentiellement prometteuses, comme la conception précise de molécules (voir « 10 Breakthrough Technologies 2018 »), les machines classiques seront encore meilleures, plus rapides et beaucoup plus économiques pour résoudre la plupart des problèmes. « Utiliser un ordinateur quantique serait comme affréter un avion gros-porteur pour traverser la route « , explique Benjamin, de l’Université d’Oxford.
Il suggère qu’au lieu de parler de « suprématie quantique », nous devrions parler d’atteindre l' »inimitabilité quantique » – en d’autres termes, de tâches spécifiques que seuls les ordinateurs quantiques peuvent accomplir. D’autres chercheurs ont suggéré des noms comme « avantage quantique » ou « ascendance quantique ».
La sémantique compte. Des technologies comme l’intelligence artificielle ont connu de multiples cycles d’engouement avant de prendre leur envol. Il y a un risque que si les attentes sont trop élevées maintenant, les machines quantiques ne seront pas à la hauteur (voir « Les ordinateurs quantiques sérieux sont enfin là. Qu’allons-nous en faire ? »). Cela pourrait déclencher un exode des investisseurs, qui ont injecté des millions de dollars dans des startups quantiques.
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Même l’initiateur de la « suprématie quantique » tente d’atténuer le buzz qu’il a contribué à créer. John Preskill, physicien théoricien au California Institute of Technology, a inventé le terme dans un discours prononcé en 2011. En janvier de cette année, il a publié un article dans lequel il disait que l’informatique quantique était sur le point d’entrer dans une phase qu’il appelait NISQ, ou « noisey intermediate stage quantum », où les machines auront 50 à quelques centaines de qubits. « ‘Noisy,' » a-t-il écrit, « signifie que nous aurons un contrôle imparfait sur ces qubits ; le bruit imposera de sérieuses limitations sur ce que les appareils quantiques peuvent réaliser à court terme. » Preskill est toujours convaincu que les ordinateurs quantiques auront un effet transformateur sur la société, mais cette transformation, admet-il, » peut encore prendre des décennies « .
Le problème du bruit est une question litigieuse. Gil Kalai, professeur à l’Université hébraïque de Jérusalem, a soutenu que les défis posés par le bruit sont si grands qu’ils empêcheront les machines quantiques de devenir vraiment utiles. De nombreux experts ne sont pas d’accord. « Le bruit peut être géré « , déclare Andrew Childs, codirecteur du Joint Center for Quantum Information and Computer Science à l’Université du Maryland. « Tu dois juste comprendre à quel point tu peux tolérer ça. »
Les Martinis de Google sont également conscients que les attentes doivent être gérées. L’algorithme que son équipe prévoit d’utiliser est très spécifique pour tester les capacités des machines quantiques plutôt que pour obtenir des résultats pratiques. « Dès qu’on aura la suprématie quantique, on voudra montrer qu’une machine quantique peut faire quelque chose de vraiment utile. »
