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La CIA et Jeff Bezos parient sur l'informatique quantique
À l'intérieur d'un immeuble en blocs d'une banlieue de Vancouver, en face d'un McDonald's miteux, se trouve un endroit plus froid que n'importe où dans l'univers connu. À l'intérieur se trouve un processeur informatique qui, selon le fondateur d'Amazon Jeff Bezos et la branche d'investissement de la CIA, In-Q-Tel, peut exploiter les caprices de la mécanique quantique pour libérer plus de puissance de calcul que n'importe quelle puce informatique conventionnelle. Bezos et In-Q-Tel font partie d'un groupe d'investisseurs qui parient 30 millions de dollars sur cette perspective.
Enchevêtré : Cela fait partie de la structure qui refroidit et protège le processeur D-Wave afin qu'il puisse (apparemment) effectuer ses calculs quantiques.
Si le pari réussit, certains des problèmes informatiques les plus épineux au monde, tels que la recherche de nouveaux médicaments ou les efforts pour développer l'intelligence artificielle, deviendraient considérablement moins difficiles. Ce développement effacerait également la réputation entachée de D-Wave Systems, la start-up dont les efforts de huit ans pour créer un ordinateur quantique n'ont gagné qu'un scepticisme proche du ridicule de la part d'éminents physiciens.
Le processeur surfondu de D-Wave est conçu pour gérer ce que les ingénieurs logiciels appellent les problèmes d'optimisation, le cœur des énigmes telles que la recherche de la voie d'administration la plus efficace ou la façon dont les atomes d'une protéine se déplaceront lorsqu'elle rencontrera un composé médicamenteux. Pratiquement tout a à voir avec l'optimisation, et c'est le fondement de l'apprentissage automatique, qui sous-tend pratiquement toute la création de richesse sur Internet, explique Geordie Rose, fondateur et directeur de la technologie de D-Wave. Dans l'apprentissage automatique, une branche de l'intelligence artificielle, les logiciels examinent les informations sur le monde et formulent une manière appropriée d'agir à l'avenir. Il sous-tend des technologies telles que la reconnaissance vocale et les recommandations de produits et constitue une priorité pour la recherche d'entreprises, telles que Google et Amazon, qui s'appuient sur le big data.
Nos clients de la communauté du renseignement sont confrontés à de nombreux problèmes complexes qui mettent à l'épreuve l'architecture informatique classique, a déclaré Robert Ames, vice-président des technologies de l'information et de la communication chez In-Q-Tel, dans un communiqué publié aujourd'hui. Le principal client d'In-Q-Tel est la CIA, et la National Security Agency en est un autre. Tous deux sont connus pour investir massivement dans la collecte et l'analyse automatisées de renseignements.
Rose, un Canadien confiant avec une guitare et une épée de samouraï dans le coin de son bureau sans fenêtre, a fait de grandes déclarations aux journalistes depuis 2007, lorsqu'il a dévoilé le premier processeur de validation de concept de D-Wave lors d'un événement très médiatisé à le Computer History Museum de Mountain View, en Californie. Les participants ont vu un processeur D-Wave (apparemment) résoudre des énigmes de sudoku et trouver une correspondance étroite avec une molécule médicamenteuse particulière dans une collection d'autres composés. Mais dans les semaines, les mois et les années qui ont suivi, le scepticisme et les accusations de fraude ont plu à l'entreprise de la part d'experts universitaires en informatique quantique. Les prédictions initiales de Rose sur la rapidité avec laquelle la société augmenterait la taille et les capacités de ses puces ont été abandonnées, et la société, bien que toujours bien financée, était publiquement silencieuse.
L'inscription de Bezos et d'In-Q-Tel, les plus importants soutiens de l'entreprise à ce jour, est le dernier d'une série d'événements qui suggèrent que D-Wave pense qu'elle est prête à enfin répondre à ses critiques. En mai 2011, la société a publié un article dans la prestigieuse revue La nature que des universitaires critiques ont déclaré avoir été les premiers à prouver que les puces de D-Wave possèdent certaines des propriétés quantiques nécessaires pour étayer les affirmations de Rose. Les chercheurs en intelligence artificielle de Google se connectent régulièrement à un ordinateur D-Wave sur Internet pour l'essayer, et 2011 a également vu l'entreprise signer son premier client. L'entrepreneur de la défense Lockheed Martin a payé 10 millions de dollars pour un ordinateur pour des recherches sur la détection automatique de bogues logiciels dans des projets complexes tels que le chasseur retardé F-35 (voir Tapping Quantum Effects for Software that Learns ). Des questions subsistent sur le fonctionnement de sa technologie, mais D-Wave dit que d'autres preuves sont à venir. Il prépare un processeur amélioré que Rose appelle le premier véritable produit de l'entreprise plutôt qu'un équipement de recherche. D-Wave devrait annoncer d'autres clients majeurs dans les prochains mois.
Point froid
Entrez dans la suite bureautique du rez-de-chaussée de D-Wave et vous êtes accueilli par des salles de réunion, des bureaux et des cabines fades. Mais ouvrez la bonne porte du couloir principal et vous émergez dans un espace de laboratoire blanc brillant dominé par quatre monolithes noirs - les ordinateurs de D-Wave. De forme grossièrement cubique et mesurant environ 10 pieds de haut, ils émettent un son rythmique et aigu lorsque des gaz surfondus circulent à l'intérieur. Chacune des machines a une porte sur le côté et est en grande partie vide, avec ce qui ressemble à un pistolet à rayons descendant du plafond, une pile largement espacée de cinq disques métalliques de taille décroissante maintenus ensemble par des câbles, des entretoises et des tuyaux plaqués or et cuivre. C'est en fait un pistolet froid : la structure est un froid de -452 °F (4 °Kelvin) à l'extrémité large et quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu à son extrémité, où se trouve la puce en pouces carrés de D-Wave. . Même les parties les plus profondes de l'espace ne sont pas aussi froides, ni aussi protégées des champs magnétiques que cette puce, qui est gravée dans une usine de la Silicon Valley à partir d'un alliage de niobium qui devient supraconducteur à des températures ultra basses.
Le processeur de chaque ordinateur que vous avez utilisé est fabriqué à partir de silicium et conçu avec des transistors qui créent des portes logiques, des commutateurs activés (représentés par un 1 dans la programmation de l'ordinateur) ou désactivés (un 0). Les processeurs de D-Wave sont également constitués d'éléments qui basculent entre 1 et 0, mais ce sont des boucles d'alliage de niobium - il y en a 512 dans le processeur le plus récent. Ces boucles sont appelées qubits et peuvent piéger le courant électrique, qui tourne à l'intérieur des boucles soit dans le sens des aiguilles d'une montre (signifié par un 0) soit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (1). De plus petites boucles supraconductrices appelées coupleurs relient les qubits afin qu'ils puissent interagir et même s'influencer pour basculer entre 1 et 0.
Cette configuration délicate est conçue pour que la disposition des qubits soit conforme à un algorithme qui résout un type particulier de problème d'optimisation au cœur de nombreuses tâches difficiles à résoudre sur un processeur conventionnel. C'est comme une machine spécialisée dans une usine capable de faire une chose très bien, sur un type particulier de matière première. Effectuer un calcul sur la puce de D-Wave nécessite de fournir cette matière première, sous la forme de nombres à alimenter dans son algorithme codé en dur. Cela se fait en définissant les qubits dans un modèle de 1 et de 0, et en affinant la façon dont les coupleurs permettent aux qubits d'interagir. Après une attente de moins d'une seconde, les qubits s'installent dans de nouvelles valeurs qui représentent un état d'énergie inférieur pour le processeur et révèlent une solution potentielle au problème d'origine.
Ce qui se passe pendant cette attente cruciale est une sorte d'argument de mécanique quantique. Les qubits entrent dans un état quantique étrange où ils sont à la fois 1 et 0, comme le chat de Schrödinger étant à la fois mort et vivant, et se bloquent dans une étrange synchronicité connue sous le nom d'intrication, un phénomène autrefois décrit par Einstein comme effrayant. Cela permet au système de qubits d'explorer toutes les configurations finales possibles en un instant, avant de se fixer sur celle qui est la plus simple ou qui s'en rapproche le plus.
C'est du moins ce que disent les scientifiques de D-Wave. De nombreuses questions subsistent sur ce qui se passe réellement à l'intérieur des puces de l'entreprise, notamment dans la tête des physiciens, ingénieurs et informaticiens de l'entreprise. Nous construisons ce système de manière empirique, et pas seulement en suivant la théorie, déclare Jeremy Hilton, vice-président de D-Wave qui dirige le développement de son processeur. Lui et les autres ingénieurs de la société ne savent pas avec certitude ce qui se passe dans la puce, mais tant que chaque conception génère des réponses aux problèmes posés, les détails les plus fins de la physique quantique qui se déroulent à l'intérieur peuvent attendre une validation rétrospective.
C'est une attitude qui semble avoir bien fonctionné auprès des investisseurs, mais elle irrite toujours les universitaires. Au niveau de l'ingénierie, ils ont mis en place une configuration impressionnante à divers égards, explique Scott Aaronson, professeur au MIT qui étudie les limites du calcul quantique. Mais en termes de preuves qu'ils résolvent des problèmes en utilisant la mécanique quantique plus rapidement que vous ne le pourriez classiquement, je ne pense pas que ce soit encore là. Un critique féroce de D-Wave dans les années qui ont suivi sa démo de 2007, Aaronson adouci sa position l'année dernière après la société La nature papier montrant des effets quantiques. Dans le passé, il y avait un écart énorme entre les allégations marketing et l'état de la science et cela s'est effondré, mais il y a toujours un écart, dit Aaronson, qui a visité les laboratoires de l'entreprise en février. Le fardeau de la preuve leur incombe et ils ne l'ont pas encore fait.
Le plus gros reproche d'Aaronson est que la conception du système de D-Wave pourrait vraisemblablement résoudre des problèmes sans effets quantiques, auquel cas il s'agirait simplement d'un ordinateur conventionnel très étrange. Lui et d'autres critiques disent que la société doit encore prouver deux choses : que ses qubits peuvent vraiment entrer dans des superpositions et s'emmêler, et que la puce offre une accélération quantique significative par rapport à un ordinateur classique travaillant sur le même problème. Jusqu'à présent, la société n'a présenté aucune preuve de l'un ni de l'autre dans un forum évalué par des pairs.
Rose dit que D-Wave travaille à prouver des preuves d'intrication, et que de récents tests face à face contre des ordinateurs classiques ont montré qu'il allait de l'avant sur le type de problème informatique qu'il est conçu pour résoudre.
Aaronson dit également que la façon dont le processeur de D-Wave est codé en dur pour un type particulier de problème inhibera la gamme de problèmes qu'il pourrait résoudre. De plus, le nombre relativement faible de qubits sur le processeur aujourd'hui signifie qu'il ne peut gérer que de minuscules chaînes de données. Utiliser des astuces mathématiques pour traduire un problème sous la forme appropriée pour faire face à ces limitations, et inverser le processus une fois que la puce de D-Wave a donné sa réponse, pourrait entraîner des ralentissements importants, explique Aaronson. Rose estime qu'un processeur quantique sera suffisamment rapide pour surmonter de telles pénalités, et il dit qu'il a des ingénieurs qui travaillent sur des moyens de traduire automatiquement le code de programmation normal en ce dont une puce D-Wave a besoin.
Que D-Wave puisse ou non satisfaire Aaronson et d'autres sceptiques n'a pas nécessairement d'importance pour les investisseurs et les entreprises technologiques. En effet, dans de nombreux domaines d'activité, la puissance de calcul est cruciale pour conserver un avantage concurrentiel, explique Steve Jurvetson , un partenaire de la société de capital-risque Draper Fisher Jurvetson, qui a investi deux fois dans D-Wave et l'appelle la technologie de swing-for-the-fences la plus singulière qu'il ait jamais financée. L'espace d'application pour cela, dit-il, est partout où nous avons dû recourir à une heuristique - une règle empirique - pour résoudre un problème : day traders, modélisation moléculaire, n'importe qui dans le commerce électronique et les Google et Microsoft du monde. Des entreprises telles que Lockheed, Amazon et les grandes sociétés pharmaceutiques sont les plus familières avec les limites des ordinateurs conventionnels et seront en première ligne, dit Jurvetson, mais la conception d'une nouvelle voiture ou d'une nouvelle boutique en ligne pourrait également en bénéficier.
Les entreprises et les agences gouvernementales ont une autre motivation, peut-être plus urgente, pour tenter leur chance dans une startup qui a une idée séduisante mais quelques détails troublants. Il y a de bonnes raisons de croire que la croissance exponentielle de la puissance de calcul observée au cours des dernières décennies touche à sa fin, déclare Bob Lucas, qui dirige des recherches sur le supercalcul et l'informatique quantique à l'Université de Californie du Sud, où l'ordinateur D-Wave de Lockheed est installé. La plupart des avancées régulières en matière de puissance de calcul sont dues au rétrécissement des connexions sur les puces d'année en année, mais avec le principal fabricant de puces Intel qui travaille actuellement à leur faire seulement 14 nanomètres de diamètre, il n'y a pas beaucoup de choses plus petites. Nous vivons les 10 dernières années de croissance exponentielle de la puissance de calcul [classique], et les alternatives à cela deviendront plus intéressantes, dit Lucas. Il ajoute que grâce à ses expériences sur le système D-Wave de Lockheed, il est passé de très sceptique à prudemment optimiste quant à la technologie.