L'une des principales tâches scientifiques de notre époque est la course à la création du premier ordinateur quantique utile. Des milliers de physiciens et d'ingénieurs y participent. Des concepts sont développés par IBM, Google, Alibaba, Microsoft et Intel. Comment un dispositif de calcul puissant va-t-il transformer notre monde, et pourquoi est-ce si important ?
Imaginez un instant : un véritable ordinateur quantique est créé. Il est devenu un élément habituel et naturel de notre vie. Les calculs classiques ne sont désormais mentionnés qu'à l'école, lors des cours d'histoire. Dans des sous-sols froids, de puissantes machines manipulent des qubits pour faire fonctionner des robots dotés d'intelligence artificielle. Ils accomplissent toutes les tâches dangereuses et simplement monotones. En flânant dans le parc, vous regardez autour de vous et voyez toutes sortes de robots. Des êtres humanoïdes promènent des chiens, vendent des glaces, réparent des fils électriques, balaient les alentours. Certains modèles remplacent des animaux de compagnie.
Nous avons maintenant la possibilité de révéler tous les mystères de l'Univers et de plonger à l'intérieur de nous-mêmes. La médecine a atteint un nouveau niveau - des médicaments innovants sont développés chaque semaine. Nous pouvons prévoir et déterminer où se trouvent les ressources rares, telles que le gaz et le pétrole. Le problème du réchauffement climatique est résolu, les méthodes d'économie d'énergie sont optimisées, et les villes ne connaissent plus d'embouteillages. L'ordinateur quantique ne se contente pas de gérer toutes les machines robotiques, il assure également une circulation fluide : il surveille la situation sur les routes, corrige les itinéraires et reprend le contrôle des conducteurs en cas de besoin. Voilà à quoi pourrait ressembler l'ère quantique.
Ruée vers l'or quantique
Les perspectives d'application sont impressionnantes, c'est pourquoi les investissements dans les développements quantiques augmentent chaque année. Le marché mondial des calculs quantiques était évalué à 81,6 millions de dollars en 2018. Les experts de Market.us prévoient qu'il atteindra 381,6 millions de dollars d'ici 2026. Cela signifie une augmentation moyenne de 21,26 % par an de 2019 à 2026.
Cette croissance est stimulée par l'utilisation croissante de la cryptographie quantique dans les applications de sécurité et est favorisée par les investissements des acteurs du marché de l'informatique quantique. Au début de cette année, selon une analyse de la revue scientifique Nature, des investisseurs privés ont financé au moins 52 entreprises de technologies quantiques dans le monde. Des acteurs majeurs comme IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel et D-Wave Systems travaillent à la création d'un ordinateur quantique pratiquement utilisable.
Oui, tant que les fonds investis dans ce domaine chaque année restent des montants modestes (pour comparer : en 2018, les investissements dans l'IA ont atteint 9,3 milliards de dollars). Mais ces chiffres sont significatifs pour une industrie immature qui n'a pas encore de performance à mettre en avant.
Résolution de problèmes quantiques
Il faut comprendre qu'à ce jour, la technologie est encore embryonnaire. Seuls des prototypes d'ordinateurs quantiques et quelques systèmes expérimentaux ont été créés. Ils sont capables d'exécuter des algorithmes fixes de complexité limitée. Le premier ordinateur à 2 qubits a été créé en 1998, et il a fallu 21 ans à l'humanité pour faire progresser les dispositifs jusqu'au niveau dit de « suprématie quantique ». Ce terme a été introduit par le professeur du California Institute of Technology, John Preskill, et il désigne la capacité des dispositifs quantiques à résoudre des problèmes plus rapidement que les ordinateurs classiques les plus puissants.
Une percée dans ce domaine a été réalisée par la société californienne Google. En septembre 2019, la société a annoncé que son appareil Sycamore à 53 qubits avait accompli un calcul en 200 secondes, ce qui prendrait 10 000 ans au supercalculateur le plus moderne. Cette déclaration a suscité de nombreux débats. Chez IBM, de tels calculs ont été catégoriquement contestés. Dans son blog, l'entreprise a écrit que son supercalculateur Summit réussirait cette tâche en 2,5 jours. Et tout ce qu'il faudrait, c'est augmenter la capacité de stockage. Bien que dans les faits, la différence n'ait pas été aussi colossale, Google a effectivement été la première à atteindre la « suprématie quantique ». Et cela représente une étape importante dans la recherche informatique. Mais pas plus que ça. L'exploit de Sycamore est uniquement de nature démonstrative. Il n'a pas d'application pratique et est inutile pour résoudre des problèmes réels.
Le principal problème réside dans le matériel. Si les bits informatiques traditionnels ont une valeur de 0 ou 1, dans le monde quantique étrange, les qubits peuvent être dans les deux états en même temps. Cette propriété s'appelle la superposition. Les qubits ressemblent à des toupies en rotation : ils tournent simultanément dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse, se déplacent vers le haut et vers le bas. Si cela vous semble déroutant, vous êtes en bonne compagnie. Richard Feynman a un jour déclaré : « Si vous pensez que vous comprenez la mécanique quantique, c'est que vous ne la comprenez pas. » Des mots audacieux venant d'un homme qui a reçu le prix Nobel pour… la mécanique quantique.
Ainsi, les qubits sont extrêmement instables et sensibles aux influences externes. Une voiture passant sous les fenêtres du laboratoire, le bruit interne du système de refroidissement, une particule cosmique passant — toute perturbation aléatoire, toute interaction perturbe leur synchronisation et ils se décohèrent. Cela est fatal pour les calculs.
La question clé pour le développement de l'informatique quantique est de savoir quelle solution matérielle parmi les nombreuses étudiées garantira la stabilité des qubits. Celui qui résoudra le problème de la rupture de cohérence et rendra les ordinateurs quantiques aussi courants que les processeurs graphiques recevra le prix Nobel et deviendra la personne la plus riche du monde.
Le chemin vers la commercialisation
En 2011, la société canadienne D-Wave Systems Inc. est devenue la première à vendre des ordinateurs quantiques, bien que leur utilité soit limitée à certaines tâches mathématiques. Dans les mois à venir, des millions de développeurs pourront commencer à utiliser des processeurs quantiques via le cloud — IBM promet d'offrir l'accès à son dispositif de 53 qubits. Actuellement, dans le cadre d'un programme appelé Q Network, 20 entreprises ont reçu ce privilège. Parmi elles, le fabricant de matériel Samsung Electronics, les constructeurs automobiles Honda Motor et Daimler, ainsi que les companies chimiques JSR et Nagase, et les banques JPMorgan Chase & Co. et Barclays.
La plupart des entreprises qui expérimentent aujourd'hui avec les calculs quantiques les considèrent comme une composante essentielle de l'avenir. Leur mission principale est de découvrir ce qui fonctionne en calcul quantique et ce qui ne fonctionne pas. Elles se préparent à être les premières à intégrer cette technologie dans leurs activités lorsque celle-ci sera prête.
Organisations de transport. Volkswagen, en collaboration avec D-Wave, développe une application quantique — un système de gestion du trafic. Ce nouveau programme permettra aux organisations de transport public et aux entreprises de taxis dans les grandes villes d'utiliser plus efficacement leur flotte de véhicules et de minimiser le temps d'attente des passagers.
Secteur de l'énergie. ExxonMobil et IBM promeuvent l'application des calculs quantiques dans le domaine de l'énergie. Ils se concentrent sur le développement de nouvelles technologies énergétiques, l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L'ampleur et la complexité des défis auxquels est confronté le secteur énergétique dépassent les ordinateurs traditionnels modernes et se prêtent bien à des tests sur des systèmes quantiques.
Entreprises pharmaceutiques. Accenture Labs collabore avec 1QBit, une société développant des logiciels quantiques. En seulement deux mois, ils sont passés de la recherche à la vérification du concept — en appliquant une application pour simuler des interactions moléculaires complexes à l'échelle atomique. Grâce à la puissance des calculs quantiques, il est désormais possible d'analyser des molécules plus grandes. Qu'est-ce que cela apportera à la société ? Des médicaments innovants avec moins d'effets secondaires.
Secteur financier. Les technologies basées sur les principes de la théorie quantique suscitent de plus en plus d'intérêt auprès des banques. Elles sont désireuses de traiter les transactions, les affaires et d'autres types de données aussi rapidement que possible. Barclays et JP Morgan Chase (avec IBM), ainsi que NatWest (avec Fujitsu), mènent déjà des expérimentations pour développer des logiciels spécialisés.
L'adoption par de grandes entreprises et l'émergence de pionniers quantiques audacieux témoignent de la viabilité commerciale de la technologie quantique. Nous commençons déjà à voir des applications des calculs quantiques pour des problèmes du monde réel, allant de l'amélioration de l'efficacité énergétique à l'optimisation des itinéraires de transport. Et il est important de noter que la valeur de cette technologie continuera de croître avec son développement.
Source : habr.com
