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Google pense que c'est proche de la suprématie quantique. Voici ce que cela signifie vraiment.
Soixante-douze n'est peut-être pas un grand nombre, mais en termes d'informatique quantique, c'est énorme. Cette semaine Google dévoilé Bristlecone, une nouvelle puce informatique quantique avec 72 bits quantiques, ou qubits, les unités fondamentales de calcul dans une machine quantique. Comme le montrent notre compteur de qubits et notre chronologie, le précédent détenteur du record n'est qu'un simple processeur de 50 qubits 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 assez probable que cette année, peut-être même dans quelques mois, la nouvelle puce puisse atteindre la suprématie quantique. C'est à ce moment-là qu'un ordinateur quantique peut effectuer des calculs hors de portée des supercalculateurs les plus rapides d'aujourd'hui.
Lorsque Google ou une autre équipe déclarera enfin son 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.
Mais la réalité est plus compliquée. Vous aurez du mal à trouver un [chercheur] qui aime le terme 'suprématie quantique', déclare Simon Benjamin, expert quantique à l'Université d'Oxford. C'est très accrocheur, mais c'est un peu déroutant et sur-vente ce que les ordinateurs quantiques seront capables de faire.
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 les informations soit un ou 0 , les qubits peuvent exister dans plusieurs états de un et 0 en même temps - un phénomène connu sous le nom de superposition. Ils peuvent également s'influencer même lorsqu'ils ne sont pas physiquement connectés, via un processus appelé enchevêtrement.
Cela revient à dire que même si quelques bits supplémentaires ne font qu'une différence modeste dans 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 superordinateurs les plus puissants d'aujourd'hui.
La création de qubits, cependant, nécessite des prouesses d'ingénierie prodigieuses, telles que la construction de circuits supraconducteurs maintenus à des températures plus froides que l'espace (l'approche utilisée par Google). C'est nécessaire pour les isoler du monde extérieur. Les changements de température ou les moindres vibrations - phénomènes connus sous le nom de bruit - peuvent provoquer la décohérence des qubits ou la perte de leur état quantique fragile. Lorsque cela se produit, des erreurs se glissent rapidement dans les calculs.
Et plus le nombre de qubits est grand, plus il y a d'erreurs. Ils peuvent être corrigés à l'aide de qubits supplémentaires ou de logiciels intelligents, 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 super refroidissement et d'autres domaines ont augmenté le nombre de qubits pouvant être créés et gérés efficacement. Mais cela reste 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 suffirait, mais l'année dernière, des chercheurs d'IBM ont pu simuler un système quantique de 49 qubits sur un ordinateur conventionnel (voir Nouveaux rebondissements sur la route de la suprématie quantique). Les ordinateurs conventionnels ne sont pas non plus immobiles : la Chine, en particulier, a beaucoup investi dans la technologie et possède désormais les deux machines les plus puissantes du monde.
Le grand moment de Google
Pourtant, dit Daniel Gottesman du Perimeter Institute for Theoretical Physics au Canada, alors que de meilleurs algorithmes et ordinateurs numériques pourraient déplacer un peu le seuil de suprématie, il ne faudrait probablement que 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 avec laquelle jouer.
À l'aide de Bristlecone, Martinis et ses collègues prévoient d'effectuer un test visant à démontrer la suprématie quantique. La définition stricte du benchmark est que la tâche doit être impossible à réaliser pour un ordinateur conventionnel. Mais cela soulève une question épineuse : comment savoir vraiment si un ordinateur quantique a 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 juste à la périphérie, en utilisant une machine quantique pour résoudre un algorithme à la limite des capacités des supercalculateurs d'aujourd'hui. Vous pouvez également montrer que l'algorithme est exponentiellement compliqué, explique Martinis. L'ajout d'un seul qubit supplémentaire amènerait alors le dispositif quantique bien au-delà de ce qu'une machine conventionnelle pourrait gérer en un temps raisonnable.
Jeu de noms
Même si Google atteint la référence magique, la complexité et le coût de la gestion des machines quantiques limiteront leur utilité.
Bien qu'il existe des applications potentiellement prometteuses, telles que la conception précise de molécules (voir 10 Breakthrough Technologies 2018 ), les machines classiques seront toujours meilleures, plus rapides et beaucoup plus économiques pour résoudre la plupart des problèmes. Utiliser un ordinateur quantique reviendrait à affréter un gros porteur pour traverser la route, explique Benjamin de l'Université d'Oxford.
Il suggère que plutôt que la suprématie quantique, nous devrions parler d'atteindre l'inimitabilité quantique - en d'autres termes, des tâches spécifiques que seuls les ordinateurs quantiques peuvent effectuer. D'autres chercheurs ont suggéré des noms comme l'avantage quantique ou l'ascendance quantique.
La sémantique compte. Des technologies telles que l'IA ont traversé plusieurs cycles de battage médiatique avant de vraiment décoller. 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 d'investisseurs, qui ont injecté des millions de dollars dans des startups quantiques.
Histoire connexe
Histoire connexe Même l'initiateur de la suprématie quantique essaie d'étouffer le buzz qu'il a contribué à créer. John Preskill, physicien théoricien au California Institute of Technology, a inventé le terme dans un discours en 2011. En janvier de cette année, il a publié un document dans lequel il a déclaré que l'informatique quantique était sur le point d'entrer dans une phase qu'il a appelée NISQ, ou quantique d'étape intermédiaire bruyante, où les machines auront de 50 à quelques centaines de qubits. « Bruyant », a-t-il écrit, signifie que nous aurons un contrôle imparfait sur ces qubits ; le bruit imposera de sérieuses limites à ce que les dispositifs quantiques peuvent réaliser à court terme. Preskill a déclaré qu'il était toujours convaincu que les ordinateurs quantiques auraient un effet transformateur sur la société, mais cette transformation, concède-t-il, pourrait encore prendre des décennies.
Le problème du bruit est une question controversée. Gil Kalai, professeur à l'Université hébraïque de Jérusalem, a argumenté 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 de l'Université du Maryland. Vous avez juste besoin de comprendre quelle quantité vous pouvez tolérer.
Martinis de Google est également conscient que les attentes doivent être gérées. L'algorithme que son équipe envisage d'utiliser est très spécifique pour tester les capacités des machines quantiques plutôt que pour réaliser quoi que ce soit de pratique. Dès que nous arriverons à la suprématie quantique, dit-il, nous voudrons montrer qu'une machine quantique peut faire quelque chose de vraiment utile.