L'ordinateur de demain, hier

Près de 50 physiciens et informaticiens se sont réunis pour la conférence historique de 1981 à Endicott House. (Faites défiler vers le bas pour voir leurs noms.) CHARLIE BENNETT / IBM

L'informatique quantique telle que nous la connaissons a fait ses débuts il y a 40 ans ce printemps lors de la première Physics of Computation Conference, organisée à l'Endicott House du MIT par le MIT et IBM et en présence de près de 50 chercheurs en informatique et en physique, deux groupes qui se côtoyaient rarement.

Vingt ans plus tôt, en 1961, un chercheur d'IBM nommé Rolf Landauer avait trouvé un lien fondamental entre les deux domaines : il prouvait qu'à chaque fois qu'un ordinateur efface un peu d'information, un tout petit peu de chaleur est produit, correspondant à l'augmentation d'entropie dans le système. En 1972, Landauer a embauché l'informaticien théoricien Charlie Bennett, qui a montré que l'augmentation de l'entropie peut être évitée par un ordinateur qui effectue ses calculs de manière réversible. Curieusement, Ed Fredkin, le professeur du MIT qui a coparrainé la conférence Endicott avec Landauer, était arrivé à cette même conclusion de manière indépendante, bien qu'il n'ait jamais obtenu même un diplôme de premier cycle. En effet, la plupart des récits de l'histoire d'origine de l'informatique quantique négligent le rôle central de Fredkin.

La carrière inhabituelle de Fredkin a commencé lorsqu'il s'est inscrit au California Institute of Technology en 1951. Bien que brillant lors de ses examens d'entrée, il n'était pas intéressé par les devoirs et a dû occuper deux emplois pour payer les frais de scolarité. Ayant de mauvais résultats scolaires et à court d'argent, il se retire en 1952 et s'enrôle dans l'armée de l'air pour éviter d'être enrôlé pour la guerre de Corée.

Quelques années plus tard, l'Air Force a envoyé Fredkin au MIT Lincoln Laboratory pour aider à tester le système de défense aérienne SAGE naissant. Il a appris la programmation informatique et est rapidement devenu l'un des meilleurs programmeurs au monde - un groupe qui ne comptait probablement qu'environ 500 personnes à l'époque.

En quittant l'Air Force en 1958, Fredkin a travaillé chez Bolt, Beranek et Newman (BBN), qu'il a convaincu d'acheter ses deux premiers ordinateurs et où il a fait la connaissance des professeurs du MIT Marvin Minsky et John McCarthy, qui ensemble avaient à peu près établi le domaine de l'intelligence artificielle. En 1962, il les accompagna à Caltech, où McCarthy donnait une conférence. Là, Minsky et Fredkin ont rencontré Richard Feynman '39, qui remporterait le prix Nobel de physique en 1965 pour ses travaux sur l'électrodynamique quantique. Feynman leur a montré un cahier manuscrit rempli de calculs et les a mis au défi de développer un logiciel capable d'effectuer des calculs mathématiques symboliques.

Fredkin a quitté BBN en 1962 et a lancé Information International Incorporated, l'une des premières startups d'IA au monde. Lorsque Triple-I est devenu public en 1968 et que Fredkin est devenu millionnaire, Minsky l'a recruté pour devenir directeur associé de son laboratoire d'IA au MIT. Trois ans plus tard, Fredkin est devenu directeur du projet MAC, l'ancêtre du laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du MIT (CSAIL). Le MIT a fait de lui un professeur titulaire, malgré son manque de diplômes universitaires. Mais Fredkin s'en lassa bientôt aussi, alors en 1974, il retourna à Caltech pour passer un an avec Feynman. L'accord était que Fredkin enseignerait l'informatique à Feynman, et Feynman enseignerait la physique quantique à Fredkin.

Fredkin en est venu à comprendre la physique quantique, mais il n'y croyait pas. Il pensait que le tissu de la réalité ne pouvait pas être basé sur quelque chose qui pouvait être décrit par une mesure continue. La mécanique quantique soutient que des quantités comme la charge et la masse sont quantifiées - constituées d'unités discrètes et dénombrables qui ne peuvent pas être subdivisées - mais que des choses comme l'espace, le temps et les équations d'onde sont fondamentalement continues. Fredkin, en revanche, croyait (et croit toujours) avec une conviction presque religieuse que l'espace et le temps doivent également être quantifiés, et que la pierre angulaire de la réalité est donc le calcul. La réalité doit être un ordinateur ! En 1978, Fredkin a enseigné un cours d'études supérieures au MIT appelé Digital Physics, qui a exploré les moyens de retravailler la physique moderne selon ces principes numériques.

Feynman, cependant, n'était pas convaincu qu'il existait des liens significatifs entre l'informatique et la physique au-delà de l'utilisation d'ordinateurs pour calculer des algorithmes. Ainsi, lorsque Fredkin a demandé à son ami de prononcer le discours d'ouverture de la conférence de 1981, il a d'abord refusé. Lorsqu'on lui a promis qu'il pouvait parler de tout ce qu'il voulait, cependant, Feynman a changé d'avis et a exposé ses idées sur la façon de relier les deux domaines dans un exposé détaillé qui proposait un moyen d'effectuer des calculs en utilisant eux-mêmes les effets quantiques.

Feynman n'était d'abord pas convaincu qu'il existait des liens significatifs entre l'informatique et la physique.

Feynman a expliqué que les ordinateurs sont mal équipés pour aider à simuler, et donc à prédire, le résultat des expériences en physique des particules, ce qui est toujours vrai aujourd'hui. Les ordinateurs modernes, après tout, sont déterministes : posez-leur le même problème et ils trouveront la même solution. La physique, quant à elle, est probabiliste. Ainsi, à mesure que le nombre de particules dans une simulation augmente, il faut exponentiellement plus de temps pour effectuer les calculs nécessaires sur les sorties possibles. La façon d'aller de l'avant, a affirmé Feynman, était de construire un ordinateur qui effectuait ses calculs probabilistes en utilisant la mécanique quantique.

Feynman n'avait pas préparé d'article officiel pour la conférence, mais avec l'aide de Norm Margolus, PhD '87, un étudiant diplômé du groupe de Fredkin qui a enregistré et transcrit ce qu'il y a dit, son discours a été publié dans l'International Journal of Theoretical Physics. sous le titre Simulating Physics with Computers. Ceci, avec l'article de Fredkin, Conservative Logic, co-écrit avec le chercheur du MIT Tommaso Toffoli (et basé en partie sur un article de terme de physique numérique écrit par William Silver '75, SM '80), a formé la base du domaine naissant.

En 1983, Bennett et Gilles Brassard, professeur à l'Université de Montréal, ont inventé ce qu'on appelle maintenant la cryptographie quantique, une façon d'utiliser la mécanique quantique pour envoyer des informations tout en empêchant les écoutes clandestines. Feynman, quant à lui, a continué à développer son idée, comme expliqué dans une conférence intitulée Tiny Computers Obeying Quantum Mechanical Laws qu'il a donnée à la fois au Laboratoire national de Los Alamos et à une conférence de 1984 sur l'optique.

Pourtant, les ordinateurs quantiques seraient probablement restés un jouet intellectuel sans Peter Williston Shor, PhD '85, qui en 1994 a proposé une approche qui pourrait utiliser l'un des ordinateurs quantiques encore non construits de Feynman et une théorie intelligente des nombres pour factoriser rapidement un grand nombre. Cela a suscité l'intérêt des gouvernements et des entreprises, car la sécurité de presque tous les systèmes cryptographiques modernes dépend du fait qu'il est facile de multiplier ensemble deux très grands nombres premiers, mais extrêmement difficile de décomposer le produit en ses facteurs premiers. Avec l'algorithme de Shor (comme on l'appelle maintenant) et un ordinateur quantique suffisamment grand pour l'exécuter, cette tâche deviendrait simple, et la plupart des données confidentielles du monde circulant sur les ondes et sur Internet pourraient être facilement décryptées une fois interceptées.

En plus d'avoir engendré les articles fondateurs dans le domaine, la conférence de 1981 a également produit une photo de certains des plus grands penseurs en informatique et en physique vivants en 1981. Prise sur la pelouse d'Endicott House, la photo comprend Feynman et Fredkin ; Freeman Dyson, l'un des physiciens les plus talentueux du XXe siècle ; Konrad Zuse, l'ingénieur allemand qui avait construit le premier ordinateur numérique automatique entièrement programmable au monde en 1941 ; Hans Moravec, qui venait de construire un robot capable de naviguer à vue ; Danny Hillis '78, SM '81, PhD '88, qui a ensuite fondé Thinking Machines et embauché Feynman comme premier employé; et bien d'autres qui sont maintenant des noms familiers (au moins dans les foyers des informaticiens et des physiciens). Cela rappelle la célèbre photographie de 1927 de la cinquième conférence Solvay sur les électrons et les photons qui montre Albert Einstein, Niels Bohr, Pauli, Heisenberg et d'autres figures de proue du domaine naissant de la mécanique quantique.

Hélas, Charlie Bennett n'est pas sur la photo : c'est lui qui a pris la photo.

Physics of Computation Conference, Endicott House, MIT, 6-8 mai 1981.
1 Freeman Dyson, 2 Gregory Chaitin, 3 James Crutchfield, 4 Norman Packard, 5 Panos Ligomenides, 6 Jerome Rothstein, 7 Carl Hewitt, 8 Norman Hardy, 9 Edward Fredkin, 10 Tom Toffoli, 11 Rolf Landauer, 12 John Wheeler, 13 Frederick Kantor, 14 David Leinweber, 15 Konrad Zuse, 16 Bernard Zeigler, 17 Carl Adam Petri, 18 Anatol Holt, 19 Roland Vollmar, 20 Hans Bremerman, 21 Donald Greenspan, 22 Markus Buettiker, 23 Otto Floberth, 24 Robert Lewis, 25 Robert Suaya , 26 Stand Kugell, 27 Bill Gosper, 28 Lutz Priese, 29 Madhu Gupta, 30 Paul Benioff, 31 Hans Moravec, 32 Ian Richards, 33 Marian Pour-El, 34 Danny Hillis, 35 Arthur Burks, 36 John Cocke, 37 George Michaels , 38 Richard Feynman, 39 Laurie Lingham, 40 PS Thiagarajan, 41 Marin Hassner, 42 Gerald Vichnaic, 43 Leonid Levin, 44 Lev Levitin, 45 Peter Gacs, 46 Dan Greenberger. (Photo avec l'aimable autorisation de Charles Bennett)

Note de l'éditeur : Simson Garfinkel a découvert cette histoire en faisant des recherches pour son livre Droit et politique à l'ère quantique , co-écrit avec Chris Hoofnagle (à paraître par Cambridge University Press).

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