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Ordinateur quantique : avantage à la Chine

par Etienne Henri
avantage quantique Jiuzhang

[Mieux que Deep Blue (IBM) en son temps, Jiuzhang a réalisé un calcul qu’aucun supercalculateur ne pourra jamais reproduire. C’est une belle avancée. En plus d’établir un nouveau record en matière de calcul quantique, cela ouvre également la voie à une nouvelle manière d’assembler ces ordinateurs. Ce n’était pas gagné mais démocratisation semble proche…]

Un prototype d’ordinateur quantique d’un nouveau genre vient de livrer ses tout premiers résultats. Publiés dans la prestigieuse revue Science, ils sont des plus prometteurs : la machine est parvenue à calculer – et donc à obtenir un résultat – 1014 fois (100 000 000 000 000 fois) plus rapidement que le plus puissant des superordinateurs n’aurait pu le faire.

En plus d’établir un nouveau record en matière de calcul quantique, cela ouvre la voie à une nouvelle manière d’assembler ces ordinateurs du futur. Plus simples, plus robustes, moins chers et plus puissants, ils font un pas de plus vers une possible démocratisation.

L’ordinateur quantique à photons fait ses débuts

Les constructeurs américains font la course aux qubits en multipliant le nombre de cellules élémentaires de l’informatique quantique dans leurs prototypes. Ce faisant, ils s’appuient sur une propriété fondamentale des ordinateurs quantiques qui est que leur puissance augmente exponentiellement pour une taille qui augmente linéairement.

Passer de 10 à 20 qubits permet de multiplier la puissance par 1 024 !

En d’autres termes, lorsque Google fait passer son ordinateur quantique de 2 à 4 qubits, sa taille est multipliée par 2 tandis que sa capacité de calcul est multipliée par 4. Plus le nombre de qubits croît, plus l’écart se creuse : passer de 10 à 20 qubits – ce qui implique encore un doublement de taille – permet de multiplier la puissance par 1 024 !

Pas étonnant que les géants de l’informatique résument leurs avancées à la multiplication des qubits dans leurs prototypes. L’année dernière, Google avait marqué les esprits en annonçant avoir réalisé un calcul basé sur 53 qubits – un record historique.

Cette course au gigantisme est cependant semée d’embûches… Pour maintenir leur intégrité, les processeurs quantiques doivent être conservés à une température proche du zéro absolu (-273,15°C, la température la plus basse atteignable dans l’Univers). Le moindre échauffement et la moindre perturbation les empêchent d’effectuer leurs calculs.

ordinateur quantique Sycamore Google

L’ordinateur quantique Sycamore de Google : une formidable machine d’une fragilité extrême.
Crédits : Alphabet

A rebours de cette complexité, l’ordinateur imaginé par le Dr Zhong se base en grande partie sur des phénomènes optiques. Il utilise les propriétés de la lumière pour effectuer ses calculs quantiques.

Du fait de cette nouvelle architecture, la plus grosse partie de la machine peut être maintenue à température ambiante. Aucun risque, dès lors, de subir la tant crainte “décohérence” en cas de microscopique perturbation. Là où augmenter le nombre de qubits dans les processeurs vire rapidement à l’impossible, il est possible d’assembler un ordinateur photonique quasiment sans limite de taille, et d’obtenir des résultats encore jamais vus.

L’avantage quantique désormais incontestable 

En 2019, Google a marqué les esprits en annonçant avoir franchi le stade de l’avantage quantique. A savoir, effectuer, grâce à un ordinateur quantique, un calcul qu’aucun superordinateur classique ne pourra jamais effectuer.

Les chercheurs californiens avaient indiqué à cette occasion que le Sycamore avait réalisé en 200 secondes un calcul qui aurait pris, sur les plus gros centres de calcul du monde, 10 000 ans. Cette annonce a été reçue avec circonspection par la communauté scientifique, et des chercheurs d’IBM ont rapidement indiqué avoir élaboré un algorithme permettant d’effectuer ce calcul en seulement deux jours et demi – un délai tout à fait raisonnable pour un calcul scientifique.

Si les chercheurs de Google s’étaient probablement avancés en proclamant avoir atteint la supériorité quantique, il n’en reste pas moins que Sycamore était bel et bien parvenu à être sensiblement plus rapide qu’un ordinateur classique.

Avec l’ordinateur photonique, les ordres de grandeur sont autremement plus impressionnants. L’équivalent du calcul quantique effectué en quelques minutes par Jiuzhang prendrait, selon les chercheurs, 2,5 milliards d’années avec les méthodes traditionnelles. Même en optimisant les algorithmes concurrents, il semble impossible de faire mieux, sur cette tâche, que l’ordinateur quantique.

ordinateur quantique Jiuzhang

L’ordinateur quantique Jiuzhang a réalisé un calcul qu’aucun supercalculateur ne pourra jamais reproduire. Crédit : USTC/Gobal Times

Si 2019 avait signé le premier match nul entre informatique classique et quantique (ou, pour les plus optimistes, un léger avantage pour la seconde), 2020 est sans conteste l’année où ces ordinateurs d’un nouveau genre ont fait mieux que leurs prédécesseurs.

A quand la démocratisation ? 

Cette victoire de Jiuzhang sur l’informatique traditionnelle ne manquera pas de rappeler à certains d’entre nous, la première fois que l’ordinateur Deep Blue d’IBM a emporté une partie d’échecs contre Garry Kasparov. La suprématie de la machine sur l’humain à ce jeu supposé trop complexe pour être simulé par un ordinateur a marqué un tournant. Depuis 1997, les dominos sont tombés les uns après les autres. L’informatique gagne désormais facilement aux échecs contre les meilleurs joueurs, et même le jeu de go est, depuis 2017, sous la domination de l’intelligence artificielle.

Que pouvons-nous attendre des ordinateurs quantiques dans les prochaines années ?

Que pouvons-nous attendre des ordinateurs quantiques dans les prochaines années ?

Sans doute le même chemin que celui suivi par l’électronique à ses débuts. Qu’il s’agisse de processeurs à qubits conçus par Google ou d’ordinateurs photoniques, les installations seront, dans un futur proche, réservées aux organismes de recherche et aux forces armées qui souhaitent mener des simulations trop complexes pour être réalisées par des supercalculateurs.

Les deux technologies ont leur chance, chacune ayant ses avantages. Les processeurs à qubits, s’ils sont incroyablement complexes à utiliser, ont le mérite de pouvoir être “reprogrammés” pour réaliser des calculs successifs.

De leur côté, les ordinateurs photoniques ne sont assemblés que pour une expérience donnée. Leur relative rusticité se fait au prix d’un usage unique.

Reste que, pour faire avancer la science fondamentale ou travailler sur les armes du futur, mener des expériences complexes ou réaliser des appareils jetables n’a rien d’inconcevable. Il ne s’agira désormais que de volonté politique. La technologie, de son côté, est désormais prête à apporter ses réponses à des questions restées jusqu’ici insolubles.

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