Jim Clark, directeur du matériel quantique chez Intel, avec l'un des processeurs quantiques de l'entreprise. Photo; Intel
- Les ordinateurs quantiques sont une technologie extrêmement passionnante qui promet de créer de puissantes capacités informatiques pour résoudre des problèmes auparavant insolubles.
- Les experts affirment qu'IBM a ouvert la voie en matière d'informatique quantique, c'est pourquoi Google, Intel, Microsoft et de nombreuses startups sont sous son influence.
- Les investisseurs sont attirés par les startups d’informatique quantique, notamment IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems et Rigetti, qui pourraient perturber le marché.
- Il y a cependant un problème : les ordinateurs quantiques modernes ne sont généralement pas aussi puissants ni aussi fiables que les supercalculateurs actuels, et ils nécessitent également des conditions particulières pour démarrer et démarrer.
En janvier, IBM a fait des vagues en annonçant l'IBM Q System One, le premier ordinateur quantique au monde disponible pour les entreprises. L'appareil était logé dans un boîtier en verre élégant d'un volume de 9 pieds cubes.
Il s’agit d’une étape importante pour les ordinateurs quantiques, qui se trouvent encore dans les laboratoires de recherche. Selon IBM, les acheteurs cherchent déjà à mettre la main sur cette technologie, qui s'avère prometteuse dans divers domaines : chimie, science des matériaux, fabrication de produits alimentaires, aérospatiale, développement de médicaments, prévisions boursières et même changement climatique.
IBM Q System One. Photo : IBM
La raison de cet engouement est qu’un ordinateur quantique possède des propriétés apparemment magiques qui lui permettent de traiter de manière exponentielle plus d’informations qu’un système conventionnel. Un ordinateur quantique n’est pas seulement un ordinateur très rapide ; plus précisément, c’est un paradigme informatique complètement différent qui nécessite une refonte radicale.
Le vainqueur de la course technologique sera l’entreprise qui profitera des opportunités offertes par cette technologie. IBM, Microsoft, Google et d'autres géants de la technologie, ainsi que des startups, misent sur cette technologie.
Business Insider a demandé à Bob Sutor, vice-président de la stratégie et de l'écosystème d'IBM Q, comment rendre ces systèmes accessibles aux utilisateurs : comment les utilisateurs y accéderont-ils ? Comment de nombreuses personnes peuvent-elles apprendre à utiliser des ordinateurs quantiques pour effectuer leurs tâches ?
Il y a peu de chance de voir des ordinateurs quantiques au bureau de sitôt. Les experts avec lesquels nous avons parlé estiment que, même si IBM est disponible, il faudra encore cinq à dix ans avant que l'informatique quantique ne devienne véritablement populaire. IBM Q System One n'est actuellement disponible qu'en tant que service de cloud computing pour certains clients. Il faudra un certain temps avant que les gens puissent acheter quelque chose comme celui-ci et l’utiliser pour leurs propres besoins.
En effet, les experts affirment que les ordinateurs quantiques sont très prometteurs, mais ils sont loin d’être produits en série. Ils sont extrêmement fragiles et nécessitent des conditions particulières pour fonctionner. De plus, les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui ne sont pas aussi fiables ni aussi puissants que les ordinateurs dont nous disposons déjà.
"Nous pensons que dans une dizaine d'années, un ordinateur quantique changera votre vie ou la mienne", a déclaré Jim Clark, directeur du matériel quantique chez Intel, à Business Insider. — En fait, nous n'en sommes qu'au premier kilomètre du marathon. Cela ne veut pas dire que cela ne nous inquiète pas. »
Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?
Bill Gates a dit un jour que les mathématiques derrière le quantum dépassaient sa compréhension, mais tout le monde n’était pas d’accord.
"C'est une idée fausse selon laquelle la physique quantique est de la physique et c'est trop compliqué", a déclaré Chris Monroe, PDG et co-fondateur d'IonQ, à Business Insider. "Ce qui le rend incompréhensible pour beaucoup de gens, c'est que c'est incompréhensible, mais c'est aussi incompréhensible pour moi que pour vous." Si quelque chose peut être dans une superposition, cela signifie qu’il peut être dans deux états à la fois. C'est étrange parce que nous ne vivons pas cela dans le monde réel. »
Les ordinateurs que nous avons utilisés affichent les données sous forme de chaîne de 1 ou de 0 appelée code binaire. Cependant, un ordinateur quantique peut représenter les données sous la forme de 1, de 0 ou, plus important encore, des deux nombres à la fois.
Lorsqu’un système peut se trouver dans plusieurs états en même temps, on parle de « superposition », l’une des propriétés apparemment magiques de l’informatique quantique. L’autre principe clé ici est « l’intrication », qui est une propriété quantique qui permet à deux particules de se déplacer en parfaite synchronisation, quelle que soit la distance qui les sépare physiquement.
Comme l'explique Dans Scientific American, ces deux qualités se combinent pour créer un ordinateur capable de traiter beaucoup plus de données simultanément que n'importe quel système actuellement sur le marché.
La puissance d’un ordinateur quantique est mesurée en qubits, l’unité de mesure de base d’un ordinateur quantique. Tout comme les ordinateurs modernes disposent de processeurs 32 ou 64 bits (une mesure de la quantité de données qu’ils peuvent traiter simultanément), un ordinateur quantique doté de plus de qubits a une puissance de traitement nettement supérieure.
À l’intérieur d’un ordinateur quantique. Photo : IBM
Le ciel est la limite
Tout cela signifie qu’un ordinateur quantique peut résoudre des problèmes qui étaient auparavant limités par la puissance de calcul.
Par exemple, un ordinateur quantique pourrait résoudre grossièrement le fameux problème du voyageur de commerce, un problème informatique complexe qui nécessite de trouver le chemin le plus court entre plusieurs villes avant de rentrer chez soi. Cela semble simple, mais si vous le regardez mathématiquement, trouver le chemin optimal unique devient plus difficile à mesure que vous ajoutez plus de villes à son itinéraire.
De même, un ordinateur quantique pourrait résoudre les problèmes les plus délicats et les plus longs, en passant au crible d’énormes quantités de données financières, pharmaceutiques ou climatiques pour trouver des solutions optimales. En effet, la startup quantique D-Wave collabore déjà avec Volkswagen pour analyser les habitudes de conduite et passer au crible d’énormes quantités de bruit pour aller au fond des choses.
Son utilité dans le domaine de la cryptographie est discutée. Un ordinateur quantique est capable de maîtriser une méthode de cryptage différente d'un chiffrement connu auparavant, ce qui lui permet de déchiffrer facilement même les secrets d'État. Les gouvernements du monde entier s'intéressent beaucoup à cette fonctionnalité utile, tandis que les militants craignent que l'avènement de l'informatique quantique ne détruise la vie privée.
Problème de physique
"L'informatique quantique en étant encore à ses débuts, de nombreuses informations restent à prouver", a déclaré Matthew Briss, vice-président de la R&D chez Gartner. "Mais les acheteurs recherchent déjà des applications permettant de déterminer les avantages concurrentiels de l'informatique quantique pour leur entreprise", explique-t-il.
Malgré tout ce battage médiatique, les experts estiment que les ordinateurs quantiques sont aussi loin d’être à la pointe de la technologie que les PC dans les années 1950. Bien sûr, ils prennent de l’ampleur, mais lentement.
"L'informatique quantique peut être comparée à un train lent", a déclaré Brian Hopkins, vice-président et analyste principal chez Forrester, à Business Insider. "S'il bouge d'un pouce par seconde, alors dans un mois, il dépassera déjà deux pouces par seconde." Bientôt, il commencera à avancer plus vite. »
Le gros problème aujourd’hui est qu’un ordinateur quantique ne peut pas faire quelque chose qu’un ordinateur classique ne pourrait pas faire. L’industrie attend avec impatience un moment appelé suprématie quantique, où les ordinateurs quantiques dépasseront les limites actuelles.
"Lorsque les clients nous contactent, la principale chose qu'ils nous disent est qu'ils ne se soucient pas de quel modèle il s'agit tant qu'il est utile pour leur entreprise", explique l'analyste Briss. — Aucun modèle ne pourrait surpasser les algorithmes classiques. Nous devons vraiment attendre que le matériel informatique quantique commence à s’améliorer.
Katie Pooley, chercheuse chez IBM, examine le cryostat qui aide les ordinateurs quantiques à maintenir leurs températures basses. Photo : Andy Aaron, IBM
Le gros problème reste le manque de puissance de calcul. On suppose que la suprématie quantique nécessitera un ordinateur d’une puissance de 50 qubits. Bien que cette étape ait été franchie en laboratoire, elle n’est pas permanente et ne peut être maintenue. En effet, les qubits peuvent être à la fois sujets à erreurs et instables, ce qui entraîne des problèmes de génération et réduit leur potentiel.
Un autre facteur important est plus de matériel. Les ordinateurs quantiques doivent être complètement isolés de leur environnement pour fonctionner et nécessitent des températures très basses. Même les plus petites vibrations peuvent provoquer l'effondrement des qubits, les faisant perdre leur superposition, tout comme un enfant qui frappe sur une table fait tomber des pièces de monnaie en rotation sur la table.
Les ordinateurs quantiques précédents, tels que l'IBM Q System One, sont si encombrants que les conditions d'isolation et de refroidissement nécessaires deviennent un véritable défi. Ce problème est exacerbé par la pénurie de composants nécessaires : câbles supraconducteurs et réfrigérateurs à basse température. Ils sont en grave pénurie.
En fin de compte, cela signifie que même si les connaissances s’améliorent et que la technologie progresse, l’informatique quantique n’est toujours pas réalisable en pratique.
"L'un des défis de mon groupe de travail est de manipuler les matériaux, le silicium et les métaux, afin de pouvoir créer un environnement très homogène", a déclaré Clark d'Intel. - Il s'agit essentiellement de la meilleure technologie de semi-conducteurs. Les technologies dont nous avons besoin pour créer une informatique quantique à grande échelle n’existent pas encore.
Un autre problème est que les ordinateurs quantiques ont le potentiel indéniable de fournir une puissance de calcul imprévue. Cependant, peu de gens dans ce monde ont réellement de l’expérience dans la programmation ou l’exploitation de ces systèmes, et les acheteurs potentiels sont fascinés d’essayer de comprendre comment les utiliser réellement.
La grande course quantique
Les analystes affirment qu'IBM est actuellement en tête de la course à l'informatique quantique grâce à la disponibilité commerciale limitée de l'IBM Q System One. Parce qu'il est accessible via le cloud, IBM peut maintenir ces conditions spéciales pour maintenir le fonctionnement de cet ordinateur quantique tout en permettant à certains clients de l'utiliser.
"Je pense que [l'ordinateur quantique d'IBM] est en plein essor", a déclaré l'analyste Briss. "Je pense que l'informatique quantique en tant que modèle de service est le bon modèle." En le mettant dans un conteneur et en le traitant spécifiquement, ils essaient vraiment d’en améliorer la qualité.
Sarah Sheldon et Pat Gumann d'IBM travaillent sur un réfrigérateur à dissolution qui refroidit les ordinateurs quantiques. Photo : IBM
Dans le même temps, les analystes notent que n'importe quel acteur de ce marché peut à tout moment réaliser une percée qui lui permettra d'avancer, et qu'il s'agit toujours d'une rivalité nécessaire.
Différents géants de l'informatique abordent ce problème différemment. Intel, IBM, Google et la startup d'informatique quantique Rigetti construisent des systèmes basés sur des circuits supraconducteurs, alimentés par des supercalculateurs de pointe.
adopte une approche complètement différente et peut-être plus risquée pour tenter de créer un meilleur qubit. Le qubit topologique que Microsoft tente de créer fragmente les électrons pour stocker les informations à plusieurs endroits à la fois, le rendant plus stable et moins sujet à la destruction. Il est moins robuste que ce que ses concurrents tentent de construire, mais le résultat constituerait un pas en avant majeur pour l'ensemble du domaine de l'informatique quantique, a déclaré l'analyste Hopkins.
"Ils font un pari et beaucoup de gens pensent qu'ils ne réussiront jamais", a déclaré Hopkins.
Du côté des plus aventureux, des startups comme IonQ et D-Wave misent sur des technologies de pointe comme le piégeage des ions et le recuit quantique. En termes simples, ils essaient de différentes manières d’obtenir de meilleures performances et stabilité de chaque qubit, en utilisant des méthodes complètement nouvelles.
"Cela nous permet de construire un ordinateur quantique qui résout des problèmes complexes et progresse continuellement dans ce sens", a déclaré Mark Johnson, vice-président de la conception et du développement des processeurs et des produits quantiques chez D-Wave, à Business Insider.
Un scientifique quantique d'IBM se promène dans l'IBM Q Computing Center du Thomas J. Watson Research Center à Yorktown Heights, New York. Photo : Connie Zhou pour IBM
Startups quantiques
L’essor de l’informatique quantique a suscité une vague d’intérêt des investisseurs pour les startups connexes. Robert Sutor d'IBM estime qu'il existe environ 100 startups de logiciels, de matériel et même de conseil quantiques dans le monde. C’est petit par rapport à l’énorme marché des startups, mais beaucoup plus important qu’auparavant.
"Je suis dans cet espace depuis longtemps, depuis le tout début", a déclaré Monroe d'IonQ. — Pendant longtemps, elle en était à ses balbutiements, jusqu'à ce qu'elle attire l'attention et attire d'énormes investissements il y a 5 à 8 ans. Il est devenu clair que le moment était venu.
Chris Monroe, PDG et co-fondateur de la startup d'informatique quantique IonQ. Photo de : IonQ
Certains, comme Rigetti, sont prêts à affronter des titans de la technologie dotés de leurs propres puces quantiques et de systèmes informatiques quantiques sophistiqués.
"C'est le cœur de notre activité", a déclaré à Business Insider Betsy Masiello, vice-présidente des produits chez Rigetti. — De nombreuses entreprises dans le domaine quantique travaillent sur des applications logicielles dans le domaine de l'informatique quantique. Nous produisons des micropuces et construisons des systèmes informatiques.
Matthew Kinsella, directeur général de Maverick Ventures, se dit optimiste quant au domaine de l'informatique quantique. Son entreprise est allée jusqu'à investir dans ColdQuanta, une entreprise qui fabrique des équipements utilisés dans les systèmes quantiques. Il s'attend à ce que les ordinateurs quantiques surpassent les systèmes actuels d'ici cinq à dix ans. Maverick Ventures mise sur le long terme.
« Je crois vraiment à l’informatique quantique, même si cela peut prendre plus de temps que prévu avant qu’un ordinateur quantique devienne meilleur qu’un ordinateur traditionnel pour résoudre les problèmes quotidiens. Nous verrons probablement les avantages des ordinateurs quantiques pour résoudre des problèmes à petite échelle dans les prochaines années », a déclaré Kinsella.
Laboratoires 2000Q Systems de D-Wave. Photo de : D-Wave
Kinsella, comme les analystes avec lesquels nous avons parlé, s’attend à ce qu’on appelle un « hiver quantique ». Il y a peut-être un battage médiatique autour des ordinateurs quantiques, mais les gens commencent à espérer, préviennent les experts. Les machines ne sont pas encore parfaites et il faudra des années avant que les investisseurs ne voient des résultats.
En perspective
Même au-delà de la suprématie quantique, les experts assurent qu’il y a encore une place pour les ordinateurs et supercalculateurs traditionnels. D’ici là, il reste encore des problèmes de coût, de taille, de fiabilité et de puissance de traitement à résoudre avant de pouvoir en discuter.
"Nous devons reprendre notre souffle", a déclaré l'analyste Briss. « Il se passe beaucoup de choses passionnantes dans ce domaine et qui prennent du temps. » C’est un conglomérat de physique, d’informatique et, franchement, d’analyse scientifique. Nous n’aurions pas besoin d’étudier cela si nous connaissions toutes les réponses, mais il reste encore beaucoup de travail de recherche à faire. »
Ordinateur quantique Rigetti. Photo de : Rigetti
Cependant, pour beaucoup, il est clair que c’est là l’avenir. Tout comme les fabricants du premier ordinateur central n’avaient pas réalisé que cela conduirait à terme à des smartphones plus compacts. Un ordinateur quantique pourrait être la première étape sur une toute nouvelle voie.
Rares sont ceux, comme Todd Holmdahl, vice-président de la gouvernance d'entreprise de Microsoft, qui sont assez optimistes pour dire que cela pourrait être plus important que l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique aujourd'hui. Il disait à ses enfants qu’ils devraient faire ce qui les passionne et qu’ils pourraient toujours trouver un emploi dans le domaine de l’intelligence artificielle. Il dira maintenant la même chose de l’informatique quantique.
« C’est un domaine qui va se développer. Nous avons besoin de gens pour le remplir et l’empêcher de dépérir », a déclaré Holmdahl. "Cela joue un rôle important dans notre génération, nous donnant l'opportunité de créer des choses incroyables à l'avenir."
Source: habr.com