L’informatique quantique existe, Google l’a rencontrée

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Google, qui teste avec la Nasa le calculateur quantique de la firme canadienne D-Wave, publie des résultats de recherche montrant l’accélération fournie par ce système par rapport à un cœur de processeur traditionnel. Mais les usages pratiques sont encore lointains et surtout limités.

Pour Google, le premier ordinateur quantique, construit par la société canadienne D-Wave, est bien… une machine bénéficiant d’un effet d’accélération quantique. Installée depuis 2013 au sein d’un laboratoire de la Nasa, à Moffet Field en Californie, auquel est associé le géant de la recherche, la machine a subi une batterie de tests tendant à montrer qu’elle fournit bien un gain de performances significatif sur des calculs employés en intelligence artificielle par rapport aux processeurs classiques.

Présentée par son concepteur comme le « premier ordinateur quantique commercialisé au monde », la machine de D-Wave se heurte au scepticisme de la communauté scientifique, qui doute qu’elle opère réellement comme un ordinateur quantique. Pour Harmut Neven, qui dirige le laboratoire d’intelligence artificielle quantique de Google, les recherches menées par ses équipes tendent à prouver que c’est pourtant le cas. Les chercheurs ont opposé le système D-Wave à un ordinateur classique disposant d’un processeur unique. « Pour un problème spécifique, conçu avec soin pour ce prototype, nous avons obtenu une accélération de l’ordre de 100 millions de fois », a expliqué Harmut Neven, devant la presse américaine. Google a également posté un document de recherche, détaillant ses principaux résultats.

100 millions de fois plus rapide… qu’un cœur unique

Notons toutefois que ces premiers résultats sont limités à des algorithmes d’optimisation (le recuit simulé, par analogie à un processus utilisé en métallurgie) consistant à trouver un minimum pour une fonction donnée. Une typologie de problèmes pour lequel les systèmes de D-Wave ont précisément été conçus. Avec 945 variables et une probabilité de 99 %, la machine D-Wave 2X est environ 100 millions de fois plus rapide que l’algorithme de recuit simulé sur un cœur processeur unique, détaillent les chercheurs.

Pour John Giannandrea, un vice-président de Google qui coordonne les efforts de recherche de Mountain View, les recuits quantiques pourraient être très utiles en matière de Machine Learning. « Nous rencontrons déjà des problèmes impossibles à résoudre avec les ordinateurs actuels dans le développement de nos produits, et nous disposons pourtant de grandes puissances de calcul », explique-t-il à la MIT Technology Review. Tout en ajoutant qu’il faudra encore des années avant que les résultats de recherche présentés hier aient un intérêt pratique pour les développements de Google. Les chercheurs signalent ainsi dans un billet de blog qu’ils souhaitent « accroitre la densité et la précision du contrôle des connexions entre qubits (l’équivalent quantique des bits) ainsi que leur cohérence ». Et d’y ajouter leur souhait de faire interagir davantage de qubits afin de s’attaquer à des problèmes d’optimisation plus ardus. Autrement dit, les équipes de Google et de la Nasa sont confrontés aux problèmes classiques de l’informatique quantique : la décohérence (la destruction rapide des états des qubits du fait d’interactions non-contrôlées avec l’environnement) ou la manipulation d’un grand nombre de qubits… Contrairement aux bits, les qubits peuvent prendre plusieurs états simultanément, démultipliant les capacités de calcul en parallèle. Mais ils sont très fragiles et difficiles à manipuler.

Ordinateur universel : une autre paire de manches

Pour D-Wave, société fondée en 1999, c’est toutefois un nouveau signal positif, quelques semaines après le renouvellement de son contrat avec Google et la Nasa. En septembre, cet accord avait en effet été prolongé de 7 ans. A cette occasion, la société canadienne avait annoncé que la puissance du système mis à disposition du laboratoire californien avait été portée de 500 à 1 000 qubits, fonctionnant à une température proche du zéro absolu. « A travers la recherche au Nasa Ames (le nom du laboratoire de la Nasa et de Google en Californie), nous espérons montrer que l’informatique quantique et les algorithmes quantiques pourraient un jour améliorer radicalement notre capacité à résoudre des problèmes d’optimisation complexes pour l’aéronautique, les sciences de la Terre et de l’espace ou encore la conquête spatiale », avait alors expliqué Eugene Tu, le directeur du centre de recherche Ames de la Nasa.

En parallèle, Google maintient un second fer au feu. Mountain View s’est en effet associé à l’université de Santa Barbara (Californie), connue pour ses recherches sur la fiabilité de l’informatique quantique. L’objectif de Mountain View, via son équipe Quantum Artificial Intelligence, est ici de concevoir des processeurs universels, capables de traiter tous types d’algorithmes et non plus les seuls problématiques relatives à l’optimisation. Malgré les progrès récents des équipes de recherche, il est encore impossible d’affirmer qu’il sera un jour possible de mettre au point un ordinateur quantique universel. Mais les promesses de la technologie sont telles que les géants du secteur, comme Microsoft, Google, IBM ou Intel, continuent d’y engloutir des sommes considérables.

David Deutsch, un physicien britannique de renom et spécialiste de l’informatique quantique, estime ainsi qu’un calculateur quantique universel renfermant 300 qubits serait en mesure de simuler – théoriquement – la formation de tout l’univers depuis le Big Bang.

Big Blue tacle Google

En même temps que Google annonçait ses résultats de recherche sur le système D-Wave, Big Blue a d’ailleurs dévoilé avoir été choisi par un programme gouvernemental américain (Intelligence Advanced Research Projects Activity ou IARPA) pour bâtir les composants de base de l’ordinateur quantique universel, sur la base de qubits supraconducteurs. IBM ne se privant de rappeler au passage, via une infographie, combien les systèmes de recuit quantique sont une forme « restrictive » d’informatique quantique et sont, par comparaison à un système universel, bien peu complexes à mettre en œuvre. Si l’ordinateur quantique n’est pas demain, la guerre des communiqués fait, elle, déjà rage.

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En complément : notre infographie sur l’informatique quantique

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