VMF 214 – le blog

L’ordinateur quantique représente – selon certains et j’en fais partie – l’avenir de l’informatique.  Alors que la limite de fréquence des processeurs est atteinte depuis longtemps (passer à un ordre de grandeur supplémentaire en termes de fréquence nécessiterait de dissiper l’équivalent de la chaleur de la surface du soleil), le superordinateur quantique promet une puissance de calcul phénoménale.

Le principe d’un tel calculateur, imaginé par le physicien et Nobel Richard Feynman, repose sur l’utilisation des propriétés quantiques de la matière. Un ordinateur conventionnel manipule des bits (0 ou 1) : le courant passe ou ne passe pas, et toute l’information est codée suivant ce principe. En revanche, un ordinateur quantique utilise des qbits (ou qubits, ou quantum bits) : imaginons une particule (atome, électron, photon) capable de stocker de l’information. A l’échelle quantique, suivant le principe de superposition, une telle particule n’est pas dans un état «0 » ou « 1 » mais dans les deux états à la fois (et dans toutes les combinaisons possibles de ces états). Rentre également en compte la propriété d’intrication, permettant de considérer un état dans lequel deux qbits sont liés.

Au lieu de cribler un espace de recherche de manière séquentielle (pour déchiffrer un code, par exemple), il devient possible de le cribler en parallèle : tous les codes possibles sont simultanément examinés. Bien évidemment, c’est une explication simplifiée, voire simpliste, mais il ne s’agit pas ici de rentrer dans les détails de la théorie.

Dans le domaine de la défense et de la sécurité, les implications sont colossales : décoder n’importe quelle communication cryptée par exemple : une clé de chiffrage de 700 bits ne tiendrait que quelques… secondes au lieu d’une année actuellement avec l’aide de 400 ordinateurs. Mais également simuler des phénomènes complexes permettant de développer des systèmes d’armes, ou des véhicules extrêmes atteignant aujourd’hui les limites des outils de modélisation.

Depuis quelques temps, une société baptisée D-Wave prétend avoir développé un ordinateur quantique (d’ailleurs déjà vendu à Google et à la NASA) – voici un petit film montrant la « bête ».

Toutefois, cet ordinateur aujourd’hui n’utilise que 100qbits effectifs. En effet, sa puce « VESUVIUS » est théoriquement capable de manipuler 512 qbits, mais ces derniers ne sont pas tous connectés. Pour ceux que cela intéresse, voici un lien vers un article réalisé par des chercheurs de D-Wave (bon courage).

Outre le fait de ne pas utiliser toute la puissance de calcul, les ordinateurs quantiques actuels font… des erreurs (ce que l’on appelle la décohérence quantique) en raison de problèmes de chaleur, de rayonnement électromagnétique ou de défauts de conception. Et ces erreurs sont difficiles à détecter et à corriger.

Mais aujourd’hui des chercheurs d’IBM research ont annoncé avoir trouvé un moyen de détecter simultanément les erreurs de décohérence (bit-flip : un 0 devient un 1 ou phase-flip : un problème de signe dans l’état de superposition du qbit – oui, je sais, c’est un peu théorique, mais nécessaire pour comprendre l’innovation). Auparavant, seule une de ces erreurs pouvait être détectée à la fois : aujourd’hui, avec l’innovation d’IBM, il devient possible de détecter et donc de corriger simultanément toutes les erreurs de décohérence. Encore une fois, je ne rentre pas ici dans les détails.

L’innovation est majeure ; elle repose sur une nouvelle architecture de puce quantique (voir image en tête d’article), à base de superconducteurs refroidis, aujourd’hui testée par IBM sur 4 qbits. Pour donner une idée de ses retombées : imaginons une telle puce avec seulement 50qbits (et l’architecture le permet) : sa puissance dépasserait n’importe quelle combinaison des plus puissants superordinateurs actuels dans le top500 (voir mon article sur les superordinateurs les plus puissants).

On le voit, le développement d’un superordinateur quantique est un enjeu massif de souveraineté. Le Washington Post a d’ailleurs annoncé à partir des documents révélés par Edward Snowden, que la NSA était en train de bâtir un tel ordinateur. Où en sommes nous en France ? Mystère. Pourtant, avec ses 11 médaillés Fields, la France est parmi le peloton de tête de l’innovation mathématique.  Avec nos champions intellectuels, et nos groupes industriels de premier rang, il serait dangereux, voire suicidaire, de ne pas s’engager dans cette révolution. Nul doute qu’il y aura un « avant » et un « après » de la révolution quantique ; il s’agit donc de ne pas rater ce train…

Images (c) IBM Research, D-Wave, universe-review.ca