L’informatique quantique a un problème de battage médiatique | Examen de la technologie MIT

Les systèmes qubit que nous avons aujourd’hui sont une formidable réussite scientifique, mais ils ne nous rapprochent pas d’un ordinateur quantique capable de résoudre un problème qui préoccupe tout le monde. Cela revient à essayer de fabriquer les meilleurs smartphones d’aujourd’hui en utilisant des tubes à vide du début des années 1900. Vous pouvez assembler 100 tubes et établir le principe selon lequel si vous pouviez en faire fonctionner 10 milliards d’entre eux de manière cohérente et homogène, vous pourriez accomplir toutes sortes de miracles. Ce qui manque, cependant, c’est la percée des circuits intégrés et des processeurs menant aux smartphones – il a fallu 60 ans d’ingénierie très difficile pour passer de l’invention des transistors au smartphone sans nouvelle physique impliquée dans le processus.

Il y a en fait des idées, et j’ai joué un certain rôle dans le développement des théories de ces idées, pour contourner la correction d’erreur quantique en utilisant des qubits beaucoup plus stables, dans une approche appelée informatique quantique topologique. Microsoft travaille sur cette approche. Mais il s’avère que le développement de matériel informatique quantique topologique est également un énorme défi. Il n’est pas clair si la correction d’erreur quantique extensive ou l’informatique quantique topologique (ou autre chose, comme un hybride entre les deux) sera le vainqueur final.

Les physiciens sont intelligents, comme nous le savons tous (divulgation : je suis un physicien), et certains physiciens sont également très doués pour trouver des acronymes substantiels qui collent. La grande difficulté à se débarrasser de la décohérence a conduit à l’acronyme impressionnant NISQ pour “ordinateur quantique à échelle intermédiaire bruyante” – pour l’idée que de petites collections de qubits physiques bruyants pourraient faire quelque chose d’utile et mieux qu’un ordinateur classique. Je ne suis pas sûr de ce qu’est cet objet : comment est-il bruyant ? Combien de qubits ? Pourquoi est-ce un ordinateur ? Quels problèmes valables une telle machine NISQ peut-elle résoudre?

Une récente expérience de laboratoire chez Google a observé certains aspects prédits de la dynamique quantique (appelés «cristaux temporels») en utilisant 20 qubits supraconducteurs bruyants. L’expérience était une vitrine impressionnante des techniques de contrôle électronique, mais elle n’a montré aucun avantage informatique par rapport aux ordinateurs conventionnels, qui peuvent facilement simuler des cristaux temporels avec un nombre similaire de qubits virtuels. Il n’a rien révélé non plus sur la physique fondamentale des cristaux de temps. D’autres triomphes du NISQ sont des expériences récentes simulant des circuits quantiques aléatoires, encore une fois une tâche hautement spécialisée sans aucune valeur commerciale.

L’utilisation du NISQ est certainement une excellente nouvelle idée de recherche fondamentale – elle pourrait aider la recherche en physique dans des domaines fondamentaux tels que la dynamique quantique. Mais malgré un battement de tambour constant du battage médiatique NISQ provenant de diverses startups d’informatique quantique, le potentiel de commercialisation est loin d’être clair. J’ai vu de vagues affirmations sur la façon dont NISQ pourrait être utilisé pour une optimisation rapide ou même pour la formation à l’IA. Je ne suis pas un expert en optimisation ou en IA, mais j’ai demandé aux experts, et ils sont tout aussi mystifiés. J’ai demandé à des chercheurs impliqués dans diverses startups comment NISQ optimiserait toute tâche difficile impliquant des applications du monde réel, et j’interprète leurs réponses alambiquées comme disant essentiellement que puisque nous ne comprenons pas très bien comment l’apprentissage automatique classique et l’IA fonctionnent vraiment, il est possible que NISQ pourrait le faire encore plus rapidement. Peut-être, mais c’est espérer le meilleur, pas la technologie.

Il existe des propositions visant à utiliser des ordinateurs quantiques à petite échelle pour la conception de médicaments, comme moyen de calculer rapidement la structure moléculaire, ce qui est une application déconcertante étant donné que la chimie quantique est une partie infime de l’ensemble du processus. Tout aussi perplexes sont les affirmations selon lesquelles les ordinateurs quantiques à court terme contribueront à la finance. Aucun document technique ne démontre de manière convaincante que les petits ordinateurs quantiques, sans parler des machines NISQ, peuvent conduire à une optimisation significative du trading algorithmique ou de l’évaluation des risques ou de l’arbitrage ou de la couverture ou du ciblage et de la prédiction ou du trading d’actifs ou du profilage des risques. Cela n’a cependant pas empêché plusieurs banques d’investissement de sauter dans le train de l’informatique quantique.

Un véritable ordinateur quantique aura des applications inimaginables aujourd’hui, tout comme lorsque le premier transistor a été fabriqué en 1947, personne ne pouvait prévoir comment il conduirait finalement aux smartphones et aux ordinateurs portables. Je suis plein d’espoir et je crois fermement à l’informatique quantique en tant que technologie potentiellement perturbatrice, mais affirmer qu’elle commencerait à générer des millions de dollars de bénéfices pour de vraies entreprises vendant des services ou des produits dans un avenir proche me laisse perplexe. Comment?

L’informatique quantique est en effet l’un des développements les plus importants non seulement en physique, mais dans toute la science. Mais “l’enchevêtrement” et la “superposition” ne sont pas des baguettes magiques que nous pouvons secouer et espérer transformer la technologie dans un avenir proche. La mécanique quantique est en effet étrange et contre-intuitive, mais cela ne garantit pas en soi des revenus et des bénéfices.

Il y a dix ans et plus, on m’a souvent demandé quand je pensais qu’un véritable ordinateur quantique serait construit. (Il est intéressant que je ne sois plus confronté à cette question car le battage médiatique de l’informatique quantique a apparemment convaincu les gens que ces systèmes existent déjà ou sont juste au coin de la rue). Ma réponse sans équivoque a toujours été que je ne sais pas. Il est impossible de prédire l’avenir de la technologie – cela se produit quand cela se produit. On pourrait essayer de faire une analogie avec le passé. Il a fallu plus de 60 ans à l’industrie aéronautique pour passer des frères Wright aux gros porteurs transportant des centaines de passagers sur des milliers de kilomètres. La question immédiate est de savoir où le développement de l’informatique quantique, tel qu’il se présente aujourd’hui, devrait être placé sur cette chronologie. Est-ce avec les frères Wright en 1903 ? Les premiers avions à réaction vers 1940 ? Ou peut-être sommes-nous encore loin au début du XVIe siècle, avec la machine volante de Léonard de Vinci ? Je ne sais pas. Personne d’autre non plus.

Sankar Das Sarma est le directeur du Centre de théorie de la matière condensée à l’Université du Maryland, College Park.

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