Comment prouver quelque chose jamais observé ? Voilà le casse-tête qu'ont dû se poser les équipes de Google, avant d'affirmer avoir atteint la suprématie quantique, dans un article. Cette avancée, même si elle ne porte que sur un calcul très précis, signifierait que les chercheurs sont parvenus à dépasser un stade essentiel pour le futur de l'informatique quantique.
Cependant, les conditions chaotiques de la diffusion de l'article ont gâché l'effet d'annonce. L'article a été publié par la Nasa puis retiré, mais le Financial Times l'avait déjà repéré. Depuis, l'équipe de chercheurs de Google ne s'est pas exprimée sur le sujet. Elle n'a pas pu répondre aux critiques formulées sur son travail, notamment par Dario Gil, directeur de la recherche chez IBM, un des principaux concurrents dans la course à l'informatique quantique.
Il n'est pas rare que Google - comme d'autres - fasse part de ses découvertes avant leur parution dans des revues scientifiques. Le processus de publication dans une revue scientifique est contraignant et il prend facilement plus de six mois. En revanche, il a des avantages certains : des correcteurs indépendants vont vérifier le sérieux de la démarche et remonter leurs interrogations. Si l'article est publié, il confirme la qualité de la recherche, même si certains doutes peuvent subsister.
Pour comprendre comment Google peut confirmer son annonce, nous avons posé des questions à Simon Perdrix, directeur du Groupe de Travail Informatique Quantique du CNRS. Ce chargé de recherche au Loria (laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications) travaille sur les couches logicielles de l'informatique quantique. Concrètement, il développe à la fois des modèles de calcul quantique qui feront tourner les machines, mais aussi des techniques pour utiliser l'ordinateur quantique.
LA TRIBUNE : Quel est votre avis sur cet article de Google ?
SIMON PERDRIX - C'est un résultat sérieux, mais il a été mis en ligne par erreur. Nous pouvons imaginer que Google va bientôt publier un nouvel article dans une revue scientifique de renom, avec les relectures nécessaires. Nous y verrons alors plus clair.
Comment les chercheurs peuvent-il démontrer la suprématie quantique sur leur calcul ?
La suprématie quantique n'est pas simple à démontrer. Il faut d'abord prouver que l'ordinateur classique ne peut pas faire le calcul. C'est déjà un premier obstacle, car établir un résultat d'impossibilité s'avère très souvent laborieux. Ensuite, il faut aussi prouver que l'ordinateur quantique a bien résolu le problème.
Concrètement, comment faut-il s'y prendre ?
Pour cette expérience, Google a utilisé un calculateur quantique à 53 qubits [unité de puissance d'un calculateur quantique, ndlr]. Aujourd'hui, nous considérons que la puissance nécessaire pour qu'un ordinateur quantique dépasse un ordinateur classique se situe autour de 50 qubits. L'ordinateur de Google est très proche de la limite, donc. D'un côté, c'est un problème, car les qubits peuvent être imparfaits ou avoir beaucoup de bruit [insérer de nombreuses erreurs dans leurs calculs, ndlr], et l'ordinateur se situerait alors en dessous de cette limite théorique. Mais d'un autre côté, pour prouver que l'ordinateur quantique est capable d'obtenir ce résultat, cette proximité avec la frontière s'avère intéressante. Dans tous les cas, fabriquer un ordinateur quantique avec 53 qubits de bonne qualité est déjà une prouesse.
En quoi utiliser un calculateur quantique relativement peu puissant a-t-il aidé les chercheurs de Google ?
Pour prouver que les résultats sont bons, les chercheurs vont prendre le même problème sur des machines avec moins de qubits, et comparer ses résultats à ceux d'un ordinateur classique. Si les deux correspondent, ils vont reproduire l'expérience sur des machines avec davantage de qubits. Ils augmentent ainsi la puissance du calculateur quantique jusqu'à ce que la comparaison avec l'ordinateur classique ne soit plus possible.
Les chercheurs affirment qu'il faudrait 10.000 ans au plus gros superordinateur classique pour parvenir au même résultat. Comment expliquer que l'ordinateur classique accuse un tel retard quand l'ordinateur quantique dépasse le palier des 50 qubits ?
Pour l'ordinateur quantique, chacun de ces paliers de puissance ne va que très peu affecter son temps de calcul. A l'inverse, pour l'ordinateur classique, la complexité du calcul va augmenter exponentiellement avec le nombre de qubits, jusqu'au point où il ne pourra plus résoudre le calcul dans un temps raisonnable.
Si nous mettons de côté la variable de temps, il n'y a pas de différence entre les capacités des deux machines. Par exemple les deux peuvent résoudre des problème de la factorisation, puisque c'est une opération que nous savons même faire à la main. Sauf que quand le nombre à factoriser est grand, le calculateur quantique peut ne prendre que quelques minutes là où il faudrait des milliers d'années à un ordinateur normal.
La suprématie quantique abordée dans l'article porte sur un calcul unique, très précis. Pourriez-vous le vulgariser ?
Dans leur expérience, les chercheurs ont choisi, au hasard, un circuit quantique qu'ils ont exécuté plusieurs fois. Ensuite, ils ont mesuré les résultats qu'ils obtenaient, et ils en ont tiré des probabilités. Ils affirment avoir atteint la suprématie quantique car la distribution des probabilités issues de ces résultats est extrêmement difficile à obtenir de façon classique.
Certaines critiques relèvent le côté inutile de ce calcul, qui réduirait l'ampleur du terme "suprématie quantique". Qu'en pensez-vous ?
Côté application, ce qu'ils ont découvert pourrait devenir un protocole pour certifier de l'aléatoire. Concrètement, nous pourrions nous en servir comme d'une bonne source d'aléatoire dans plusieurs domaines, notamment en cryptographie [discipline qui porte sur la protection des messages, ndlr].
Mais il faut aussi comprendre que démonter la suprématie quantique n'équivaut pas à résoudre un problème utile. Nous pouvons imaginer que dans le futur, nous répondrons à des problèmes utiles grâce aux calculateurs quantiques : d'ailleurs nous y travaillons déjà avec les machines quantiques disponibles actuellement. Mais quand nous y parviendrons, il n'est même pas sûr que nous ayons les moyens de prouver la suprématie quantique sur ces tâches. Et pour cause : il sera toujours difficile de prouver qu'un ordinateur classique ne peut pas résoudre les même problèmes efficacement.
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