Voici ce que la suprématie quantique signifie - et ne signifie pas - pour l'informatique

Un ordinateur quantique Google Google

Google aurait démontré pour la première fois qu'un ordinateur quantique est capable d'accomplir une tâche hors de portée même du superordinateur conventionnel le plus puissant dans n'importe quel laps de temps pratique - une étape connue dans le monde de l'informatique sous le nom de suprématie quantique. ( Mettre à jour : Il a confirmé la nouvelle le 23 octobre.)

Le terme au son inquiétant, qui a été inventé par le physicien théoricien John Preskill en 2012, évoque une image de machines ressemblant à Dark Vador qui dominent les autres ordinateurs. Et la nouvelle a déjà produit des gros titres bizarres, comme celui sur le site Web d'Infowars qui a crié, la 'suprématie quantique' de Google pour rendre toute la cryptographie et les secrets militaires cassables. Des personnalités politiques ont également été prises dans l'hystérie : Andrew Yang, un candidat à la présidence, a tweeté que Google réalisant l'informatique quantique était une affaire énorme. Cela signifie, entre autres choses, qu'aucun code n'est indéchiffrable.

Absurdité. Cela ne signifie pas du tout cela. La réalisation de Google est importante, mais les ordinateurs quantiques ne se sont pas soudainement transformés en colosses informatiques qui laisseront les machines conventionnelles traîner dans la poussière. Ils ne détruiront pas non plus la cryptographie conventionnelle dans un proche avenir, bien qu'à plus long terme, ils pourraient constituer une menace pour laquelle nous devons commencer à nous préparer dès maintenant.

Voici un guide de ce que Google semble avoir réalisé et un antidote au battage médiatique autour de la suprématie quantique.

Que savons-nous de l'expérience de Google ?

Nous n'avons toujours pas eu de confirmation de Google sur ce qu'il a fait. Les informations sur l'expérience proviennent d'un article intitulé Suprématie quantique à l'aide d'un processeur supraconducteur programmable, qui a été brièvement publié sur un site Web de la NASA avant d'être retiré. Son existence a été révélée dans un rapport du Financial Times - et une copie du document peut être trouvée ici .

L'expérience est assez obscure, mais elle a nécessité beaucoup d'efforts de calcul. L'équipe de Google a utilisé un processeur quantique nommé Sycamore pour prouver que les chiffres pompés par un générateur de nombres aléatoires étaient en effet vraiment aléatoires. Ils ont ensuite calculé combien de temps il faudrait à Summit, le supercalculateur le plus puissant du monde, pour accomplir la même tâche. La différence était stupéfiante : alors que la machine quantique l'éliminait en 200 secondes, les chercheurs estimaient que l'ordinateur classique aurait besoin de 10 000 ans.

Lorsque l'article sera officiellement publié, d'autres chercheurs pourraient commencer à faire des trous dans la méthodologie, mais pour l'instant, il semble que Google ait marqué une première en informatique en montrant qu'une machine quantique peut en effet surpasser même les superordinateurs les plus puissants d'aujourd'hui. Il y a moins de doute maintenant que les ordinateurs quantiques peuvent être l'avenir de l'informatique haute performance, déclare Nick Farina, PDG de la startup de matériel quantique EeroQ.

Pourquoi les ordinateurs quantiques sont-ils tellement plus rapides que les ordinateurs classiques ?

Dans un ordinateur classique, les bits porteurs d'informations représentent soit un un ou un 0 ; mais les bits quantiques, ou qubits - qui prennent la forme de particules subatomiques telles que les photons et les électrons - peuvent être dans une sorte de combinaison de un et 0 en même temps, un état connu sous le nom de superposition. Contrairement aux bits, les qubits peuvent également s'influencer les uns les autres par le biais d'un phénomène connu sous le nom d'enchevêtrement, qui a déconcerté même Einstein, qui l'a qualifié d'action effrayante à distance.

Grâce à ces propriétés, qui sont décrites plus en détail dans notre explicatif sur l'informatique quantique, l'ajout de quelques qubits supplémentaires à un système augmente sa puissance de traitement de façon exponentielle. Surtout, les machines quantiques peuvent traiter de grandes quantités de données en parallèle, ce qui les aide à dépasser les machines classiques qui traitent les données de manière séquentielle. C'est la théorie. Dans la pratique, les chercheurs travaillent depuis des années pour prouver de manière concluante qu'un ordinateur quantique peut faire quelque chose que même le plus performant des ordinateurs conventionnels ne peut pas faire. L'effort de Google a été dirigé par John Martinis, qui a fait un travail de pionnier dans l'utilisation de circuits supraconducteurs pour générer des qubits.

Cette accélération ne signifie-t-elle pas que les machines quantiques peuvent désormais dépasser les autres ordinateurs ?

Non. Google a choisi une tâche très étroite. Les ordinateurs quantiques ont encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir surpasser les ordinateurs classiques dans la plupart des cas, et ils n'y arriveront peut-être jamais. Mais les chercheurs à qui j'ai parlé depuis la parution de l'article en ligne disent que l'expérience de Google est toujours importante car pendant longtemps, il y a eu des doutes sur le fait que les machines quantiques seraient jamais capables de surpasser les ordinateurs classiques en quoi que ce soit.

Jusqu'à présent, des groupes de recherche ont pu reproduire les résultats de machines quantiques d'environ 40 qubits sur des systèmes classiques. Le processeur Sycamore de Google, qui a exploité 53 qubits pour l'expérience, suggère qu'une telle émulation a atteint ses limites. Nous entrons dans une ère où explorer ce qu'un ordinateur quantique peut faire nécessitera désormais un ordinateur quantique physique... Vous ne pourrez plus reproduire de manière crédible des résultats sur un émulateur conventionnel, explique Simon Benjamin, chercheur quantique à l'université d'Oxford. .

Andrew Yang n'a-t-il pas raison de dire que nos défenses cryptographiques peuvent maintenant être détruites ?

Encore une fois, non. C'est une exagération sauvage. L'article de Google précise que si son équipe a pu montrer la suprématie quantique dans une tâche d'échantillonnage étroite, nous sommes encore loin du développement d'un ordinateur quantique capable d'implémenter l'algorithme de Shor, qui a été développé dans les années 1990 pour aider les machines quantiques. factoriser des nombres massifs. Les méthodes de cryptage les plus populaires d'aujourd'hui ne peuvent être brisées qu'en factorisant de tels nombres, une tâche qui prendrait des milliers d'années aux machines conventionnelles.

Mais cet écart quantique ne devrait pas être un motif de complaisance, car des éléments tels que les dossiers financiers et médicaux qui vont être conservés pendant des décennies pourraient éventuellement devenir vulnérables aux pirates informatiques avec une machine capable d'exécuter un algorithme de décryptage de code comme celui de Shor. Les chercheurs travaillent déjà d'arrache-pied sur de nouvelles méthodes de chiffrement qui pourront résister à de telles attaques (voir notre explicatif sur la cryptographie post-quantique pour plus de détails).

Pourquoi les ordinateurs quantiques ne sont-ils pas aussi suprêmes que la suprématie quantique les fait sonner ?

La raison principale est qu'ils font encore beaucoup plus d'erreurs que les classiques. L'état quantique délicat des Qubits ne dure que quelques fractions de seconde et peut facilement être perturbé par la moindre vibration ou un minuscule changement de température - des phénomènes connus sous le nom de bruit dans le langage quantique. Cela entraîne des erreurs dans les calculs. Les Qubits ont également une tendance semblable à celle de Tinder à vouloir se coupler avec beaucoup d'autres. Une telle diaphonie entre eux peut également produire des erreurs.

L'article de Google suggère qu'il a trouvé un nouveau moyen de réduire la diaphonie, ce qui pourrait aider à ouvrir la voie à des machines plus fiables. Mais les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui ressemblent encore aux premiers supercalculateurs en ce qui concerne la quantité de matériel et la complexité nécessaires pour les faire fonctionner, et ils ne peuvent s'attaquer qu'à des tâches très ésotériques. Nous n'en sommes même pas encore à un stade équivalent à l'ENIAC, le premier ordinateur généraliste d'IBM, mis en service en 1945.

Alors, quelle est la prochaine étape quantique à viser ?

Surpasser les ordinateurs conventionnels pour résoudre un problème du monde réel, un exploit que certains chercheurs appellent l'avantage quantique. L'espoir est que l'immense puissance de traitement des ordinateurs quantiques aidera à découvrir de nouveaux produits pharmaceutiques et matériaux, à améliorer les applications d'intelligence artificielle et à conduire à des avancées dans d'autres domaines tels que les services financiers, où ils pourraient être appliqués à des choses comme la gestion des risques.

Si les chercheurs ne peuvent pas bientôt démontrer un avantage quantique dans au moins un de ces types d'applications, la bulle d'attentes gonflées qui explose autour de l'informatique quantique pourrait rapidement éclater.

Lorsque j'ai interrogé Martinis de Google à ce sujet dans une interview pour un article l'année dernière, il était clairement conscient du risque. Dès que nous arriverons à la suprématie quantique, m'a-t-il dit, nous allons vouloir montrer qu'une machine quantique peut faire quelque chose de vraiment utile. Il est maintenant temps pour son équipe et d'autres chercheurs de relever ce défi pressant.

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