L’un des principaux défis scientifiques de notre époque est la course à la création du premier ordinateur quantique utile. Des milliers de physiciens et d'ingénieurs y participent. IBM, Google, Alibaba, Microsoft et Intel développent leurs concepts. Comment un appareil informatique puissant va-t-il changer notre monde, et pourquoi est-il si important ?
Imaginez un instant : un ordinateur quantique à part entière a été créé. C’est devenu un élément familier et naturel de nos vies. Les calculs classiques ne sont désormais évoqués qu’à l’école, dans les cours d’histoire. Quelque part au fond de sous-sols froids, de puissantes machines fonctionnent grâce à des qubits pour alimenter des robots artificiellement intelligents. Ils accomplissent toutes les tâches dangereuses et simplement monotones. En vous promenant dans le parc, vous regardez autour de vous et voyez toutes sortes de robots. Les créatures humanoïdes promènent les chiens, vendent des glaces, réparent les câbles électriques et balayent la zone. Certains modèles remplacent les animaux de compagnie.
Nous avons eu l'occasion de révéler tous les secrets de l'Univers et de regarder 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 des ressources rares telles que le gaz et le pétrole. Le problème du réchauffement climatique a été résolu, les méthodes d'économie d'énergie ont été optimisées et il n'y a plus d'embouteillages dans les villes. L'ordinateur quantique contrôle non seulement toutes les voitures robotisées, mais assure également la libre circulation : il surveille la situation sur les routes, ajuste les itinéraires et prend le contrôle des conducteurs si nécessaire. Voilà à quoi pourrait ressembler l’ère quantique.
Ruée vers l'or quantique
Les perspectives d’application sont étonnantes, c’est pourquoi les investissements dans les développements quantiques augmentent chaque année. Le marché mondial de l’informatique quantique était évalué à 81,6 millions de dollars en 2018. Les experts de Market.us estiment que d’ici 2026, il atteindra 381,6 millions de dollars. Autrement dit, il augmentera en moyenne de 21,26 % par an de 2019 à 2026.
Cette croissance est alimentée par l’utilisation croissante de la cryptographie quantique dans les applications de sécurité et tirée par les investissements des acteurs du marché de l’informatique quantique. Au début de cette année, des investisseurs privés avaient financé au moins 52 entreprises de technologie quantique dans le monde, selon une analyse de la revue scientifique Nature. Des acteurs majeurs tels qu'IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel et D-Wave Systems ont du mal à créer un ordinateur quantique applicable dans la pratique.
Oui, à condition que l’argent affluant chaque année dans ce domaine représente une petite dépense (par rapport aux 2018 milliards de dollars d’investissement dans l’IA en 9,3). Mais ces chiffres sont significatifs pour une industrie immature qui ne dispose pas encore d’indicateurs de performance.
Résoudre des problèmes quantiques
Il faut comprendre qu’aujourd’hui, la technologie en est encore à ses balbutiements. Il était possible de créer uniquement des prototypes de machines quantiques et des systèmes expérimentaux uniques. Ils sont capables d’exécuter des algorithmes fixes de faible complexité. Le premier ordinateur à 2 qubits a été créé en 1998, et il a fallu 21 ans à l’humanité pour amener les appareils au niveau approprié, ce qu’on appelle la « suprématie quantique ». Ce terme a été inventé par le professeur John Preskill de Caltech. Et cela signifie la capacité des dispositifs quantiques à résoudre les 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 de 53 qubits avait effectué un calcul en 200 secondes qui prendrait 10 000 ans à un superordinateur de pointe. La déclaration a suscité beaucoup de controverses. IBM était catégoriquement en désaccord avec de tels calculs. Dans son blog, la société a écrit que son supercalculateur Summit accomplirait cette tâche en 2,5 jours. Et il suffit d’augmenter la capacité de stockage sur disque. Même si en réalité la différence n’était pas si colossale, Google a bel et bien été le premier à atteindre la « suprématie quantique ». Et c’est une étape importante dans la recherche informatique. Mais rien de plus. L'exploit de Sycamore est purement à des fins de démonstration. Il n’a aucune application pratique et est inutile pour résoudre des problèmes réels.
Le principal problème est le matériel. Alors que les bits de calcul traditionnels ont une valeur de 0 ou 1, dans l’étrange monde quantique, les qubits peuvent être dans les deux états en même temps. Cette propriété est appelée superposition. Les qubits sont comme des toupies : ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse, se déplacent de haut en bas. Si vous trouvez cela déroutant, alors vous êtes en excellente compagnie. Richard Feynman a dit un jour : « Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, vous ne la comprenez pas. » Des mots courageux de la part de l'homme qui a remporté le prix Nobel pour... la mécanique quantique.
Les qubits sont donc extrêmement instables et sujets à des influences extérieures. Une voiture passant sous les fenêtres du laboratoire, le bruit interne du système de refroidissement, une particule cosmique volante, toute interférence aléatoire, toute interaction perturbe leur synchronicité et elles se décohèrent. Ceci est préjudiciable à l’informatique.
La question clé pour le développement de l’informatique quantique est de savoir quelle solution matérielle parmi les nombreuses explorées assurera la stabilité des qubits. Celui qui résoudra le problème de cohérence et rendra les ordinateurs quantiques aussi courants que les GPU remportera le prix Nobel et deviendra la personne la plus riche du monde.
Chemin vers la commercialisation
En 2011, la société canadienne D-Wave Systems Inc. a été le premier à vendre des ordinateurs quantiques, même si leur utilité est limitée à certains problèmes mathématiques. Et dans les mois à venir, des millions de développeurs pourront commencer à utiliser des processeurs quantiques via le cloud - IBM promet de donner accès à son appareil de 53 qubits. Jusqu'à présent, 20 entreprises ont bénéficié de ce privilège dans le cadre d'un programme appelé Q Network. Parmi eux figurent l'équipementier Samsung Electronics, les constructeurs automobiles Honda Motor et Daimler, les sociétés chimiques JSR et Nagase, les banques JPMorgan Chase & Co. et Barclays.
La plupart des entreprises qui expérimentent aujourd’hui l’informatique quantique la considèrent comme une partie intégrante de l’avenir. Leur mission principale est désormais de découvrir ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas en informatique quantique. Et soyez prêt à être le premier à introduire la technologie dans votre entreprise lorsqu’elle sera prête.
Organismes de transports. Volkswagen, en collaboration avec D-Wave, développe une application quantique : un système de contrôle du trafic. Le nouveau programme permettra aux organismes de transports publics et aux compagnies de taxi des grandes villes d'utiliser leur flotte plus efficacement et de minimiser le temps d'attente des passagers.
Secteur énergétique. ExxonMobil et IBM promeuvent l'utilisation de l'informatique quantique dans le secteur de l'énergie. Ils se concentrent sur le développement d’une gamme 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 de l'énergie dépassent la portée des ordinateurs traditionnels d'aujourd'hui et se prêtent bien aux tests sur les ordinateurs quantiques.
Entreprises pharmaceutiques. Accenture Labs s'associe à 1QBit, une société de logiciels quantiques. En seulement 2 mois, ils sont passés de la recherche à la validation de principe, en utilisant une application permettant de modéliser des interactions moléculaires complexes au niveau atomique. Grâce à la puissance de l’informatique quantique, il est désormais possible d’analyser des molécules plus grosses. Qu’est-ce que cela apportera à la société ? Des médicaments innovants avec le moins d'effets secondaires.
Secteur financier. Les technologies basées sur les principes de la théorie quantique suscitent de plus en plus l’intérêt des banques. Ils souhaitent traiter les transactions, les échanges et d’autres types de données le plus rapidement possible. Barclays et JP Morgan Chase (avec IBM), ainsi que NatWest (avec Fujitsu) mènent déjà leurs expérimentations dans le développement de logiciels spécialisés.
L’acceptation par de si grandes entreprises et l’émergence de pionniers entreprenants du quantique en disent long sur la viabilité commerciale du quantique. Nous constatons déjà que l’informatique quantique est appliquée à des problèmes du monde réel, depuis l’amélioration de l’efficacité énergétique jusqu’à l’optimisation des itinéraires des véhicules. Et surtout, la valeur de la technologie augmentera à mesure qu’elle se développera.
Source: habr.com