Deux chercheuses d'IBM devant le processeur quantique connecté sur le cloud. © Connie Zhou, IBM

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IBM progresse vers l'ordinateur quantique du futur

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La société IBM vient de faire savoir qu'elle n'entendait pas rater la révolution des ordinateurs quantiques qu'elle espère imminente. Pour cela, elle lance un projet dont le but est d'aboutir à la mise en ligne sur le cloud du premier vrai ordinateur quantique avec applications commerciales et scientifiques. Si développer un software dans ce sens ne devrait pas poser de problème, on peut avoir des doutes pour le hardware.

Interview : en quoi un ordinateur quantique est-il différent ?  Le monde quantique est fascinant : à cette échelle, par exemple, les objets peuvent se trouver simultanément dans plusieurs états. Exploitant ce principe, un ordinateur quantique aurait des possibilités bien plus vastes qu’un modèle classique. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Claude Aslangul, professeur à l’UPMC, afin qu'il nous explique le fonctionnement de cette étrange machine. 

Comme le rappelle le physicien Claude Aslangul qui explique, dans la vidéo ci-dessus, les principes à la base des ordinateurs quantiques, les experts ont beaucoup de doutes en ce qui concerne la réalisation de ces machines. C'est également ce que nous avait confirmé le cosmologiste Max Tegmark dans l'interview qu'il avait accordé à Futura. Lors de cette interview, il nous avait rapporté que les experts qu'il avait consultés à ce sujet, dans le meilleur des cas, ne s'attendaient pas à des miracles avant 2050.

Ce n'est pas que l'on ne sache pas faire des ordinateurs (universellement programmables) et des calculateurs quantiques : ils existent déjà, mais l'on ne sait toujours pas comment les faire passer du stade de curiosités de laboratoire aisément surpassées par une calculatrice programmable moderne à celui de machines capables de surpasser les plus puissants superordinateurs. Tout au plus arrive-t-on à produire des calculateurs quantiques en mesure d'effectuer un type d'algorithme bien précis, par exemple pour faire du recuit simulé, comme l'a montré la société D-Wave System.

Il y a au moins deux verrous à faire sauter pour une révolution technologique basée sur les ordinateurs quantiques :

  • Le premier est celui de la décohérence, dont on n'a toujours pas vraiment la solution, même en utilisant des codes correcteurs quantiques.
  • Le second est qu'il faut disposer d'un suffisamment grand nombre de qubits, et ce avec une technique qui permet a priori de construire des machines de plus en plus puissantes à cet égard.

Une présentation du potentiel des ordinateurs quantiques. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © IBM Research

Un ordinateur quantique avec 50 qubits dans quelques années ?

On a donc bien du mal à prendre au sérieux une partie de la dernière annonce faite par IBM. La célèbre société vient en effet de faire savoir qu'elle se lançait officiellement dans la course à la construction du premier vrai ordinateur quantique universel commercial disponible en ligne via le cloud et un projet baptisé IBM Q. Si rien n'interdit de développer dès aujourd'hui le software qui va avec ce projet, on ne peut qu'avoir des doutes quand IBM fait part des ses espoirs concernant le hardware. Celui-ci pourrait être disponible dans quelques années selon Big Blue, qui veut construire une machine avec environ 50 qubits.

On sait que ce chiffre est avancé lorsque l'on parle au moins de simulateurs, et pas encore d'ordinateurs, en mesure, à l'aide du calcul quantique, de battre certains algorithmes classiques sur des superordinateurs, ce qui établirait ce que l'on appelle « la suprématie quantique ». Rappelons d'ailleurs au passage qu'il n'y aucune preuve qu'un algorithme quantique soit systématiquement plus performant qu'un algorithme classique, ce qui, en plus de la difficulté à construire des ordinateurs quantiques, pourrait bien vouloir dire que seuls certains problèmes seront plus efficacement et à moindre coût traités par des ordinateurs ou des simulateurs quantiques.

Pour le moment, IBM continue d'explorer les possibilités ouvertes par son processeur quantique à 5 qubits supraconducteurs localisé au centre de recherche T. J. Watson, à New York, et mis à disposition de tout ordinateur ou appareil mobile via le cloud IBM et la plateforme IBM Quantum Experience.

La société IBM est encouragée par les résultats déjà obtenus pour un cloud quantique, comme l'explique cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © IBM Research

Une application pour processeurs quantiques sur le cloud

Encouragé par les résultats déjà obtenus, IBM vient donc de rendre disponible une application permettant aux développeurs et programmeurs de construire des interfaces entre un ordinateur classique et leur processeur sur le cloud sans qu'ils soient des experts en physique quantique.

Big Blue vient également de mettre en ligne un simulateur de circuit quantique avec 20 qubits et annonce que, dans quelques mois, seront aussi disponibles pour les internautes les documents nécessaires pour leur permettre d'explorer les possibilités qu'ouvriront des simulations et les programmes avec un tel circuit.

Personne ne peut encore vraiment dire ce que l'avenir nous réserve avec les ordinateurs quantiques mais ce qui est sûr c'est que, depuis la mise en ligne du processeur d'IBM, environ 40.000 utilisateurs ont effectué plus de 275.000 expériences avec lui, dont des scientifiques dans plus de 100 pays qui ont déposé 15 articles sur arXiv avec cinq publiés dans des revues de premier plan.

Pour en savoir plus

Le nouveau record d'IBM

Article de Laurent Sacco publié le 29/02/2012

Les chercheurs d'IBM ont établi un nouveau record : le plus long temps de décohérence dans un circuit d'ordinateur quantique. L'exploit n'est pas mince : si un jour ce temps s'allonge suffisamment pour un nombre de « qubits » assez grand, une nouvelle ère technologique s'ouvrira.

Les bits d'information des ordinateurs classiques sont simplement des nombres binaires que l'on peut manipuler selon des principes en partie établis par les travaux d'Alan Turing. Mais avec des qubits d'informations, des états de machine qui sont des superpositions de « 0 » et de « 1 », des calculs en parallèle d'une très grande puissance et d'une très grande rapidité deviennent possibles, brisant les limites physiques des ordinateurs basées sur les lois de la physique classique. Avec une telle information quantique, 250 qubits suffiraient pour faire des calculs nécessitant d'enregistrer un bit d'information classique par atome présent dans l'univers observable.

L'un des tout premiers chercheurs qui a exploré les possibilités offertes par des ordinateurs quantiques fut le prix Nobel de physique Richard Feynman.

La cavité micro-onde en cuivre ouverte avec, en noir sur une surface translucide, le circuit supraconducteur portant un qubit. Un inch (pouce) vaut 2,54 cm. © IBM Research

On a déjà réalisé des ordinateurs quantiques mais leur puissance reste très faible car n'importe quelle calculatrice programmable des années 1970 les battrait aisément. Pour réellement concurrencer des machines comme le Curie, le supercalculateur de Bull à 2 pétaflops, il faut un assez grand nombre de qubits.

Des qubits avec jonctions Josephson supraconductrices

Malheureusement, cela veut dire qu'il faut exorciser le démon de la décohérence dont on sait qu'il intervient pour résoudre le paradoxe du chat de Schrödinger.

IBM vient d'annoncer que ses ingénieurs avaient réussi à défier le démon et à le battre partiellement en utilisant, entre autres, un dispositif exploitant le phénomène de la supraconductivité.

La porte logique quantique utilisée dans le circuit supraconducteur 2D des chercheurs d'IBM. © IBM Research

Une jonction Josephson a ainsi été suspendue dans une cavité micro-onde et ce circuit supraconducteur qualifié de 3D a permis d'atteindre un temps de résistance à la décohérence de 100 microsecondes, ce qui améliore les résultats précédemment obtenus d'un facteur de 2 à 4 selon les chercheurs d'IBM. 

Un autre dispositif supraconducteur, qualifié lui de 2D, a été réalisé avec une puce et le temps de résistance à la décohérence a été cette fois de 10 microsecondes.

Ces éléments n'ont pas été choisis au hasard car ils devraient pouvoir être multipliés à grande échelle dans le futur. Si notre conscience repose sur des processus de traitement de l'information quantiques, peut-être, d'ici quelques dizaines d'années, l'équivalent de la puce synaptique d'IBM (devenue quantique) permettra-t-elle de réaliser le rêve d'Alan Turing, à savoir de la conscience artificielle.

Toutefois, pour beaucoup, exorciser définitivement le démon de la décohérence quantique tiendrait du miracle. On verra bien... peut-être vers 2045.