Un nouveau type d'ordinateur
Un ordinateur quantique fonctionne de manière fondamentalement différente d'un ordinateur classique.
En informatique classique, un « bit » est un petit fragment d'information binaire, un ou zéro.
Un « qubit » — ou bit quantique — est la version la plus récente de cette idée. Contrairement aux bits binaires, qui représentent un scénario de l'un ou l'autre, les qubits utilisent la « superposition », ce qui leur permet d'exister dans plusieurs états simultanément.
Pensez aux deux possibilités du lancer d'une pièce : pile ou face. Imaginez maintenant une pièce en rotation — où les deux états coexistent en même temps. C'est la superposition.
Et la superposition, c'est de la puissance. Énormément de puissance.
Alors qu'un ordinateur classique nécessite des milliers d'étapes pour résoudre un problème complexe, un ordinateur quantique peut accomplir la même tâche en deux ou trois étapes seulement.
Pour mettre cela en perspective, le Deep Blue d'IBM a réussi à battre le champion du monde Gary Kasparov aux échecs en examinant 200 millions de coups par seconde.
Une machine quantique pourrait multiplier ce chiffre par un billion ou davantage.
La suprématie quantique de Google
Si un ordinateur quantique est bien plus puissant qu'un ordinateur classique, l'annonce de la suprématie quantique de Google représente un tournant majeur pour l'avenir de l'informatique.
À l'aide d'une machine appelée Sycamore, dotée d'une puce composée de 53 qubits, l'équipe de chercheurs de Google est parvenue à exécuter une tâche appelée échantillonnage de circuits aléatoires.
Cela implique l'exécution d'opérations aléatoires sur les qubits, « littéralement comme si le code du programme était choisi au hasard », selon l'explication du scientifique informatique Bill Fefferman, de l'Université de Chicago.
Les valeurs de tous les qubits ont été mesurées, l'ensemble du processus a été répété plusieurs fois, et la distribution obtenue n'est pas aléatoire.
Au final, le Sycamore a mis 200 secondes pour répéter le processus d'échantillonnage un million de fois, tandis qu'un superordinateur classique de premier plan aurait besoin d'environ 10 000 ans pour accomplir le même processus.
Mais Google est loin d'être seul dans la course à la suprématie quantique évolutive…
L'histoire de Rigetti
L'endroit le plus froid de l'univers se trouve en ensoleillée Californie.
Aux abords de Berkeley, à l'intérieur d'un vaste entrepôt, est suspendu un objet qui ressemble davantage à un grand cigare blanc. C'est un appareil fabriqué par l'homme, un réfrigérateur cryogénique de nouvelle génération refroidi à 0,003 Kelvin, soit proche du zéro absolu.
Ce tube appartient à Rigetti Computing, le prochain concurrent ayant pour objectif de construire des ordinateurs quantiques véritablement utiles.
L'entreprise a été fondée en 2013, lorsqu'un physicien nommé Chad Rigetti a décidé que les ordinateurs quantiques étaient bien plus proches du lancement que beaucoup ne le soupçonnaient, et qu'il souhaitait être celui qui propulserait la technologie jusqu'à la ligne d'arrivée.
Animé par sa vision, Rigetti a quitté un poste confortable de chercheur en informatique quantique chez IBM, levé plus de 119 millions de dollars de financement et construit le tube le plus froid de l'histoire. Après plus de cinquante demandes de brevets, Rigetti fabrique désormais des circuits quantiques intégrés directement connectés à un ordinateur quantique dans le cloud.
L'un des aspects les plus remarquables et les plus enthousiasmants de Rigetti est cependant son effort en faveur de la démocratisation de l'informatique quantique.
À l'heure actuelle, si vous visitez le site de Rigetti (www.rigetti.com), vous pouvez télécharger Forest, leur kit de développement quantique. Ce kit offre une interface conviviale vers le monde quantique.
Grâce à lui, presque n'importe qui peut écrire un programme et l'exécuter sur l'ordinateur à trente-deux qubits de Rigetti. À ce jour, plus de 120 millions de programmes ont déjà été exécutés.
D'autres entreprises suivent rapidement cet exemple, Microsoft, IBM et Google ayant lancé leurs propres services de cloud quantique.
Alors, où en sommes-nous aujourd'hui et où allons-nous ?
L'annonce de Google a suscité une grande agitation au sein de la communauté de l'informatique quantique.
En effet, la notion même de « suprématie quantique » est scrutée de près. La « suprématie » sous-entend que les ordinateurs quantiques remplaceront l'informatique traditionnelle, plutôt que d'en être un complément.
D'un autre côté, un autre terme fréquemment utilisé (proposé par Rigetti) est l'« avantage quantique ». Selon l'entreprise, ce concept est démontré lorsqu'un algorithme exécuté sur une plateforme d'informatique quantique « présente un temps de résolution plus rapide, une solution de meilleure qualité ou un coût de calcul classique inférieur par rapport au meilleur algorithme classique ».
Dans les deux cas, l'informatique quantique offre d'immenses avantages quantitatifs par rapport aux ordinateurs classiques dans plusieurs domaines problématiques.
Pour donner une idée de l'échelle : si tous les atomes de l'univers étaient capables de stocker un peu d'information, un ordinateur de quatre-vingts qubits disposerait d'une capacité de stockage d'informations supérieure à celle de tous les atomes de l'univers réunis.
Et les ordinateurs quantiques de pointe actuels, notamment le Sycamore de Google et le Q53 d'IBM, ont déjà atteint 53 qubits.
Aujourd'hui encore, nous n'avons pas une idée concrète des innovations qui pourraient émerger lorsque l'informatique quantique atteindra sa maturité à grande échelle. Mais ce que nous savons est prometteur.
Étant donné que la chimie et la physique sont des processus quantiques, le calcul en qubits inaugurera ce que Simon Benjamin, d'Oxford, appelle « un âge d'or de la découverte de nouveaux matériaux, de nouvelles substances chimiques et de nouveaux médicaments ».
Il abolira les contraintes actuelles de l'informatique appliquée à l'intelligence artificielle, transformera fondamentalement la cybersécurité et permettra de simuler des systèmes d'une complexité sans précédent.
Supposons que vous tentiez de mettre au point un nouveau médicament contre le cancer. Au lieu de construire un laboratoire humide à grande échelle pour explorer les propriétés de centaines de milliers de composés dans des tubes à essai, vous pourrez effectuer une grande partie de cette exploration à l'intérieur d'un ordinateur. »
En d'autres termes, l'écart entre la question expérimentale et toute nouvelle solution — qu'il s'agisse d'un nouveau médicament, d'un matériau optimisé ou d'un produit personnalisé — est sur le point de se réduire considérablement.
Préparez-vous. L'ère de l'informatique quantique démocratisée, évolutive et accessible dans le cloud ne fait que commencer.
Texte de Peter Diamandis