Calcul quantique

Les ordinateurs se sont infiltrés dans presque tous les domaines des affaires et de la science, et ils ne cessent de s'accélérer. Néanmoins, les chercheurs rencontrent régulièrement des problèmes impossibles à résoudre, même pour les supercalculateurs les plus puissants. Le remède pourrait être des ordinateurs quantiques, qui utiliseraient les propriétés fantastiques de la mécanique quantique pour résoudre de tels problèmes en quelques secondes plutôt qu'en plusieurs siècles. Depuis les années 1980, les physiciens des laboratoires universitaires et des entreprises telles qu'IBM, Hewlett-Packard et NEC ont poursuivi diverses approches de l'informatique quantique, mais aucune ne semble susceptible de fournir une machine fonctionnelle en moins de 10 ans.

Société: Systèmes D-Wave

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2005

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Quartier général: Vancouver, Colombie-Britannique

Montant investi : 22 millions de dollars canadiens (environ 17,5 millions de dollars américains)

Investisseur principal : Draper Fisher Jurvetson

Fondateurs clés : Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

La technologie: Ordinateurs quantiques

La start-up vancouvéroise D-Wave Systems vise toutefois à construire un ordinateur quantique d'ici trois ans. Ce ne sera pas un ordinateur quantique entièrement fonctionnel du type envisagé depuis longtemps ; mais D-Wave est sur la bonne voie pour produire un matériel quantique spécialisé et bruyant qui pourrait résoudre de nombreux problèmes de simulation physique qui bloquent les ordinateurs d'aujourd'hui, déclare David Meyer, mathématicien travaillant sur les algorithmes quantiques à l'Université de Californie, San Diego.

La différence entre le système de D-Wave et d'autres conceptions d'ordinateurs quantiques réside dans les propriétés particulières de la mécanique quantique qu'ils exploitent. D'autres systèmes reposent sur une propriété appelée enchevêtrement, qui dit que deux particules qui ont interagi dans le passé, même si elles sont maintenant séparées spatialement, peuvent toujours s'influencer mutuellement. Mais cette interdépendance est facilement perturbée par les interactions des particules avec leur environnement. En revanche, la conception de D-Wave tire parti de la propriété beaucoup plus robuste de la physique quantique connue sous le nom de tunnel quantique, qui permet aux particules de sauter comme par magie d'un endroit à un autre.

Incorporé en avril 1999, D-Wave est né d'une série de conversations entre étudiants et professeurs de l'Université de la Colombie-Britannique. Au fil des ans, il a accumulé de la propriété intellectuelle et restreint son champ d'action, tout en attirant près de 18 millions de dollars de financement, initialement d'investisseurs providentiels et plus récemment des gouvernements canadien et allemand, et de sociétés de capital-risque. L'entreprise prévoit de terminer un prototype d'appareil d'ici la fin de 2006 ; une version capable de résoudre les problèmes commerciaux pourrait être prête d'ici 2008, déclare le président et chef de la direction Geordie Rose.

L'agressivité du calendrier de D-Wave est rendue possible par la simplicité de la conception de son appareil : une puce analogique faite de supraconducteurs à basse température. La puce doit être refroidie à -269 °C avec de l'hélium liquide, mais elle ne nécessite pas les délicats lasers, pompes à vide et autres machines exotiques de pointe dont les autres ordinateurs quantiques ont besoin.

La conception se prête également aux techniques de lithographie utilisées pour fabriquer des puces informatiques standard, simplifiant davantage la fabrication. D-Wave dessine un réseau de boucles de supraconducteurs à basse température tels que l'aluminium et le niobium sur une puce. Lorsque l'électricité les traverse, les boucles agissent comme de minuscules aimants. Deux aimants de réfrigérateur se retourneront naturellement pour qu'ils collent ensemble, minimisant ainsi l'énergie entre eux. Les boucles de la puce de D-Wave se comportent de la même manière, en inversant le sens du flux de courant du sens horaire au sens antihoraire pour minimiser le flux magnétique entre elles. Selon le problème auquel elle est censée s'attaquer, la puce est programmée pour que le courant circule dans chaque boucle dans une direction particulière. Les boucles se retournent alors spontanément jusqu'à ce qu'elles atteignent un état d'énergie stable, ce qui représente la solution au problème.

Le premier ordinateur de D-Wave ne sera pas en mesure d'accomplir le gain le plus largement vanté de l'informatique quantique : prendre en compte les nombres extrêmement grands au cœur des systèmes cryptographiques modernes de manière exponentielle plus rapidement que n'importe quel ordinateur connu. Il conviendra toutefois parfaitement à la résolution de problèmes tels que le tristement célèbre problème du voyageur de commerce, dans lequel un vendeur recherche l'itinéraire optimal entre les villes. À mesure que leur complexité augmente, ces problèmes deviennent rapidement insolubles pour les ordinateurs traditionnels car ils nécessitent d'étudier toutes les réponses possibles. En recherchant son propre état énergétique optimal, la puce de D-Wave effectue exactement ce type de calcul automatiquement, en quelques secondes. Les applications - dont certaines valent des milliards de dollars - incluent l'optimisation d'éléments aussi variés que les itinéraires de camions, les portefeuilles financiers et même les configurations de puces informatiques traditionnelles. Oliver Downs, collaborateur de D-Wave, affirme que la puce de D-Wave devrait également exceller dans la modélisation d'autres systèmes quantiques, tels que les interactions moléculaires qui caractérisent les nanomatériaux ou les médicaments.

Bien que plus robustes que les ordinateurs quantiques classiques, les systèmes de D-Wave seront toujours délicats. La firme entend donc vendre des solutions plutôt que des ordinateurs, précise Rose. Un client exécutera un programme pour résoudre un problème donné sur ses propres ordinateurs. Lorsque le programme rencontre la partie insoluble du problème, il appelle à distance l'ordinateur de D-Wave pour exécuter un sous-programme. Pour de nombreuses applications spécialisées, un tel matériel dédié a le potentiel d'être supérieur même au logiciel le plus intelligent exécuté sur un ordinateur à usage général, explique Meyer de l'UCSD.

Et tandis que de nombreuses approches de l'informatique quantique se sont heurtées à un mur, se heurtant aux limites des lasers et autres équipements, Downs pense que les premiers résultats expérimentaux de D-Wave indiquent que sa puce respecte le calendrier. Bien que Meyer dise qu'il ne peut pas évaluer si l'entreprise respectera les délais qu'elle s'est auto-imposés, il pense qu'elle réussira à construire une machine capable de résoudre exactement les types de problèmes qu'elle envisage. Ils ont employé à la fois de très bons expérimentateurs et des théoriciens assez sérieux, dit-il. C'est certainement la façon d'aborder ce genre de problème pour y arriver dans des délais non académiques.

Société:
Systèmes D-Wave

Quartier général:
Vancouver, Colombie-Britannique

Montant investi :
22 millions de dollars canadiens (environ 17,5 millions de dollars américains)

Investisseur principal :
Draper Fisher Jurvetson

Fondateurs clés :
Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

La technologie:
Ordinateurs quantiques

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