Il a construit la Xbox : peut-il fabriquer un produit Microsoft à partir de l'informatique quantique ?

Le dirigeant de Microsoft, Todd Holmdahl, a déjà dirigé des équipes pour inventer de nouveaux produits matériels informatiques rentables. Son dernier projet est son premier avec une chance de remporter un prix Nobel de physique ainsi que de nouveaux revenus s'il réussit.

Holmdahl a précédemment supervisé la conception matérielle des consoles Xbox et Xbox360, qui rapportent des milliards à Microsoft chaque année. À la fin de l'année dernière, il a été nommé à la tête d'un groupe grandissant de mathématiciens, de physiciens et d'ingénieurs qui tentent d'ajouter de puissants ordinateurs alimentés par la physique quantique au menu de services de cloud computing de Microsoft. Holmdahl parle d'informatique quantique comme un cadre technologique le ferait d'un nouveau secteur d'activité, et non d'un projet spéculatif de physique ou de R&D.

Je suis personnellement compétitif et toute mon histoire est de produire des produits, dit-il. Nous avons une ligne de mire vers un produit commercial.

Un rapide coup d'œil sur des projets concurrents en informatique quantique rend ce genre de discours surprenant. Google, IBM et même certaines startups ont déjà démontré un prototype de matériel capable de traiter des données (voir 10 Breakthrough Technologies: Practical Quantum Computing ). Microsoft n'est pas encore proche.

L'équipage de Holmdahl poursuit une approche différente du matériel quantique basée sur la manipulation d'une particule subatomique appelée le fermion de Majorana, dont la communauté des physiciens n'est pas sûre à 100% qu'elle ait jamais été vue. Il porte le nom de l'homme qui a prédit son existence, le physicien italien Ettore Majorana, qui en 1938 a vidé son compte bancaire, pris un ferry et disparu sans laisser de trace.

Alors que Google et IBM travaillent sur leurs prochains prototypes, les physiciens de Microsoft tentent de construire le premier appareil capable d'isoler et d'encoder de manière concluante un seul bit de données numérique avec la particule prédite par Majorana. Pourtant, Holmdahl résiste à l'idée que cela signifie que son entreprise ne sera probablement pas la première sur le marché. Je pense que nous le serons réellement, dit-il.

Todd Holmdahl Avec l'aimable autorisation de MSFT

Matériel capricieux

Les ordinateurs quantiques sont construits à partir de dispositifs connus sous le nom de qubits, qui représentent des données utilisant la physique uniquement apparente à de très petites échelles. Les entreprises technologiques et les investisseurs ont investi des millions dans la technologie, car à l'échelle quantique, les particules et les informations peuvent faire des choses qui sont carrément impossibles dans notre réalité à taille humaine. Cela signifie que certains calculs qui prendraient des siècles sur un ordinateur conventionnel peuvent être effectués en quelques secondes sur un ordinateur quantique. Google et d'autres espèrent utiliser des ordinateurs quantiques pour alimenter l'apprentissage automatique et les louer pour résoudre des problèmes de chimie et de science des matériaux (voir Les chimistes sont les premiers en ligne pour les avantages de l'informatique quantique).

Le hic, c'est que bien que les qubits puissent être construits de différentes manières - les plus avancées sont basées sur des circuits métalliques supraconducteurs ou des ions métalliques flottant à l'intérieur de champs magnétiques - ils ne sont pas tous fiables car les états quantiques sont si délicats. Ce mois-ci, IBM a annoncé la plus grosse puce fabriquée par les entreprises dans la course à un ordinateur quantique à usage général - une puce avec seulement 17 qubits. Pour faire un travail utile, un ordinateur quantique aurait probablement besoin de plusieurs milliers ou millions d'appareils.

Le projet de Microsoft est un pari géant sur l'idée que les qubits basés sur l'insaisissable fermion de Majorana seront beaucoup plus fiables, et donc plus faciles à intégrer dans de grandes collections qui peuvent faire un travail utile. Une théorie connue sous le nom d'informatique quantique topologique prédit que les données écrites dans les particules, par un dispositif appelé qubit topologique, seront résistantes aux perturbations qui effaceraient tout ce qui est stocké par un qubit régulier (voir la mécanique quantique de Microsoft).

Une fois que nous pouvons trouver un moyen de réaliser des qubits de cette manière topologique, nous savons qu'ils peuvent prendre en charge le calcul, dit Xie Chen , professeur adjoint de physique théorique à CalTech. Le problème est, pouvons-nous même construire un qubit ? À l'heure actuelle, dit-elle, les physiciens expérimentaux sont pour la plupart mais pas complètement sûrs que les particules nécessaires ont été observées.

Énorme pari

Lorsque Holmdahl a rejoint le projet de Microsoft à la fin de 2016, deux physiciens expérimentaux de premier plan ont également tenté de dissiper cette incertitude. Charlie Marcus, de l'Université de Copenhague, au Danemark, et Leo Kouwenhoven, de l'Université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, continueront de travailler dans leurs laboratoires universitaires, mais font travailler des équipes d'ingénieurs Microsoft et de nouveaux équipements pour travailler sur la quête quantique de l'entreprise.

Kouwenhoven a réalisé certaines des observations potentielles les plus prometteuses de fermions de Majorana à ce jour, aux extrémités de nanofils semi-conducteurs soigneusement conçus. Lui et les autres physiciens de Microsoft travaillent actuellement sur des structures alternatives qui, selon eux, permettront une détection et une manipulation indiscutables des particules et deviendront les premiers qubits topologiques fonctionnels. Au lieu d'utiliser de minuscules fils, ils s'appuient sur la croissance de feuilles plates de matériau semi-conducteur.

Holmdahl dit que cette méthode correspond aux techniques de fabrication d'électronique établies, de sorte que lorsque - ou si cela devrait être le cas ? - l'entreprise construit son premier qubit topologique, elle peut passer à de gros appareils plus rapidement que les groupes travaillant avec les qubits plus capricieux qui existent aujourd'hui. Nous avons effectivement une feuille de route qui nous permet de passer de quelques qubits à quelques milliers de qubits, précise Holmdahl.

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Microsoft a également un groupe de recherche sur son campus de Redmond, Washington, qui travaille sur la façon d'utiliser ces qubits lorsqu'ils seront disponibles. L'une de ses activités consiste à déterminer combien de qubits seraient nécessaires pour effectuer un travail utile dans des domaines tels que l'apprentissage automatique ou les simulations chimiques.

Krysta Svore, qui dirige le groupe, affirme qu'un résultat récent a le potentiel de réduire ce nombre, tant pour Microsoft que pour ses concurrents. Ses chercheurs ont découvert comment réduire le nombre de qubits nécessaires pour effectuer une opération cruciale pour les algorithmes quantiques. Cela promet que vous pourriez exécuter de grands algorithmes plus tôt, dit Svore.

Le fait que Microsoft publie ouvertement de tels résultats, aidant le domaine à progresser, est l'une des raisons pour lesquelles Scott Aaronson, professeur à l'Université du Texas à Austin, soutient le projet de l'entreprise, même s'il n'est pas sûr qu'il se concrétise.

Microsoft prend un énorme pari, dit Aaronson. Il y a au moins un espoir plausible que l'informatique quantique topologique puisse dépasser la supraconductivité [qubits] et l'informatique quantique à piège à ions une fois qu'elle fonctionnera, mais il est également vrai que la supraconductivité et les pièges à ions ont une longueur d'avance.

Lorsqu'on lui a demandé de dire exactement quand il pense que Microsoft peut construire son premier qubit topologique pour rendre la compétition vraiment intéressante, Holmdahl, qui a 52 ans, s'y oppose initialement. Mais il ne peut pas résister au moins à le réduire. Je vais bientôt être à la retraite, dit-il. Je pense que ce sera avant.

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