Comment Google doit prouver la suprématie quantique

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Depuis la fuite de l'article scientifique sur la suprématie quantique, Google n'a pas commenté son contenu et s'expose donc à des critiques.
Depuis la fuite de l'article scientifique sur la suprématie quantique, Google n'a pas commenté son contenu et s'expose donc à des critiques. (Crédits : Arnd Wiegmann)
La semaine dernière, la Nasa laissait fuiter un article scientifique de Google sur son site, avant de le retirer. Les chercheurs de l'entreprise américaine y annonçaient la suprématie quantique, le point où l'ordinateur quantique va au-delà des capacités de l'ordinateur classique. Depuis, Google n'a pas commenté cette affirmation, et s'expose aux critiques. Nous avons demandé à Simon Perdrix, chargé de recherche au CNRS, comment le géant peut s'y prendre pour démontrer le dépassement de la suprématie quantique.

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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Commentaires
a écrit le 02/10/2019 à 11:52 :
Tout dépend de «  qui » détient la technologie quantique.
Jusqu’a présent dans le cadre de l’histoire homme- technologie :
L’homme a échoué car il manque de rationalité et d’équilibre.
a écrit le 01/10/2019 à 7:33 :
Bon ok, on aura la réponse dans 10.000 ans . ;o)))
a écrit le 01/10/2019 à 1:23 :
Quand l'empire parle de suprématie ça sent pas bon. Les voila en mesure de casser tous les codes, ce qu'ils n'ont cessé de faire depuis leur séparation de l'empire britannique, que nous avons sponsorisés il est vrai, terrifiant la cour des windsors avec leurs mauvaises manières, ce sont les véritables Punks issus de la vieille Angleterre.
ils ont atteins le pouvoir conféré par les nombres transcendants.
a écrit le 30/09/2019 à 19:52 :
S'il faut cent ans pour venir à bout d'un problème, peut-on alors affirmer qu"un ordinateur classique ne peut pas résoudre les même problèmes efficacement" ? Ou faut-il que ça soit 10 000 ans ? Efficacement, c'est quoi comme notion à démontrer ? Rapidement, sans trop dépenser d'énergie ?
Pas facile de démontrer de façon solide (scientifiquement) une "non possibilité". Qui peut démontrer que je ne peux pas apprendre le solfège ou le morse (efficacement) ?
Chiffrer('crypter') avec de grands nombres n'empêche pas de pouvoir casser la protection mais dans un temps si grand que c'est vain d'essayer (sauf en technique quantique ?), mais c'est faisable avec un temps gigantesque.
a écrit le 30/09/2019 à 19:46 :
Bon spéculation est spéculation. A partir de mon expérience dans deux domaines logiciels (en gros que vous avez dans votre poche), je dois dire qu'il est intéressant de voir dans cette communication la peur de chacun dans ce qu'il sera possible de faire et donc de la course induite a l'existence de l'ordinateur quantique.

Au fait de ce que cela induit, vous imaginez a partir de la puissance de calcul, vous aurez donc accès a l'ensemble des individus et de leurs intelligences dans le monde!!!!

Spéculons un peu sur le devenir et la maîtrise de la chose. Par anticipation, je serai de ceux qui tenterai moultes usages que l'expérience m'a permit de voir.

Dans cette réalité, qui est celle actuelle de certaines plateformes, il est a présent question de puissance de cacul, car la réalité de celui qui pourra livre comme une carte postale le temps T de ce qu'a été le net, sera capable de voir comme un sorcier!!!

L'idée est de comprendre qu'une des clefs résident dans ce qui est visible mais aussi invisible sur le net. De la puissance de maîtrise de l'humanité et ce qu'il en serai en terme d'aliénation, d'accélération, de captation des esprits, mais surtout de la puissance économique !!!!!

Il y a bien des choses possibles, et surtout compréhensibles je pense, je me désole déjà de ce que j'ai eu comme chance de voir, savoir et comprendre, quel pouvoir !!!!

Il s'agit la d'un scénario ,d'un polar ou une chronique !!! Bref il est fort possible que la logique qui sous tend l'informatique pour ce qui concerne la puissance, s'applique comme une start up up up!!!

Il y a des clefs dans tout cela !!!! Avec la nasa, quels outils et compétences vous pouvez avoir accès !!!!!

Le kiffe pour ceux qui ont déjà confronté le monde dans le développement !!!!

Mais entre de mauvaises mains, ce que j'imagine plus probablement, l'humanité sera un par celui qui saura et ainsi amènera soit vers les ténèbres ou l'émancipation (ce qui dans le monde actuel semble plus un mythe)!
a écrit le 30/09/2019 à 19:12 :
"Et pour cause : il sera toujours difficile de prouver qu'un ordinateur classique ne peut pas résoudre les même problèmes efficacement"

Parce que la physique quantique est aléatoire non ? Enfin qu'elle change tout le temps mettant donc certains de ses phénomènes à la portée d'analyse d'un ordinateur classique...

Sinon si on veut approfondir la physique quantique il est indispensable d'avoir des ordinateurs quantiques, il aurait était bien de différencier les deux types de fonctionnements totalement différents mais merci beaucoup pour cet article et interview passionnant.
a écrit le 30/09/2019 à 18:12 :
C'est super clair.... ou pas ...

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