La course pour fabriquer l’ordinateur le plus puissant au monde

Les ordinateurs Quantum ont longtemps été présentés comme des machines incroyablement puissantes, capables de résoudre des problèmes de calcul extrêmement complexes beaucoup plus rapidement que tout autre ordinateur disponible actuellement. Mais personne ne peut s’entendre sur la meilleure façon de les fabriquer. Qui va gagner la course?

Des ordinateurs quantiques ultra-rapides pourraient accélérer la découverte de nouveaux médicaments, casser les systèmes de sécurité cryptographiques les plus complexes, concevoir de nouveaux matériaux, modéliser le changement climatique et stimuler l’intelligence artificielle, affirment des informaticiens.

Mais il n’existe actuellement aucun consensus sur la meilleure façon de les fabriquer ou de les mettre à la disposition du grand public.

Les ordinateurs quantiques pourraient aider à trouver des molécules pour lutter contre les maladies génétiques.

Des physiciens, des ingénieurs et des informaticiens du monde entier tentent de développer quatre types d’ordinateurs quantiques très différents, basés sur des particules lumineuses, des ions piégés, des qubits supraconducteurs ou des centres de vacuité de l’azote dans les diamants.

Des entreprises comme IBM, Google, Rigetti, Intel et Microsoft sont actuellement à la tête de la charge quantique.

Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients, mais le défi majeur est la nature fragile du quantum lui-même.

Au lieu d’utiliser des bits et des noughs appelés bits, représentant des séquences longues comme dans le calcul classique, un bit quantique – ou qubit – utilise les propriétés quasi magiques des particules subatomiques.

Les électrons ou les photons, par exemple, peuvent être dans deux états à la fois – un phénomène appelé superposition. En conséquence, un ordinateur basé sur qubit peut effectuer beaucoup plus de calculs qu’un ordinateur classique.




“Si vous avez un ordinateur à deux qubits et que vous ajoutez deux qubits, il devient un ordinateur à quatre qubits. Mais vous ne doublez pas la puissance de votre ordinateur, vous l’augmentez de façon exponentielle”, explique Martin Giles, chef du bureau de San Francisco. la revue technologique du MIT.

Les informaticiens décrivent parfois cet effet d’informatique quantique comme étant capable de parcourir chaque chemin d’un labyrinthe très complexe en même temps.

Les Qubits peuvent également s’influencer, même lorsqu’ils ne sont pas physiquement connectés, un processus appelé «enchevêtrement». En termes informatiques, cela leur permet de faire des bonds logiques que les ordinateurs conventionnels ne pourraient jamais.

La recherche de stabilité

Mais les qubits sont très instables et sujets aux interférences ou au “bruit” provenant d’autres sources d’énergie, ce qui entraîne des erreurs dans les calculs. La course consiste donc à trouver un moyen de les stabiliser pour la production en série.

Le géant de l’informatique IBM croit fermement que les “qubits supraconducteurs à transmission” sont les plus prometteurs pour l’informatique quantique, et ils ont trois prototypes de processeurs quantiques auxquels le public peut accéder dans le cloud.

“Jusqu’à présent, plus de 94 000 personnes ont accédé à des ordinateurs quantiques IBM dans le cloud. Elles ont effectué plus de cinq millions d’expériences et écrit 110 articles”, déclare le Dr Robert Sutor, vice-président de la stratégie informatique quantique et de l’écosystème chez IBM Research.

L’ordinateur quantique d’IBM stocke des qubits supraconducteurs à des températures extrêmement basses.

“Les gens apprennent et expérimentent … nous espérons pouvoir montrer un exemple spécifique dans trois à cinq ans et dire que le quantum améliore de manière significative tout ce que les ordinateurs classiques peuvent faire.”

Mais la méthode d’IBM exigeait que l’ordinateur quantique soit stocké dans un grand réfrigérateur, où les qubits sont stockés à des températures proches du zéro absolu pour garantir qu’ils restent dans leur état utile.

Cela signifie qu’il serait extrêmement difficile de miniaturiser, et donc très coûteux.

“Il semble probable que les qubits supraconducteurs seront parmi les premières technologies à permettre un calcul quantique utile”, explique Joseph Fitzsimons, chercheur principal au Centre of Quantum Technologies de l’Université nationale de Singapour.

“Cependant, mon impression est qu’ils sont analogues aux tubes à vide des premiers ordinateurs, plutôt qu’aux transistors qui sont apparus plus tard.

Google a développé un processeur quantique de 72 bits appelé Bristlecone.

“Nous pouvons encore voir une autre technologie émerger qui devient le gagnant ultime.”

Microsoft et des universitaires de l’institut Niels Bohr de Copenhague travaillent sur ce qu’ils pensent être des qubits beaucoup plus stables basés sur des particules dites Majorana.

Tandis que d’autres équipes travaillent sur le piégeage des qubits dans le silicium – le matériel à partir duquel les puces informatiques traditionnelles ont été fabriquées.

Et les informaticiens de l’Université d’Oxford cherchent des moyens de relier des ordinateurs de qubit plus petits plutôt que de créer de plus gros ordinateurs avec beaucoup de qubits.

Il semble y avoir plusieurs façons de démaquiller le chat de Schrodinger.

Potentiel classique?

En attendant les ordinateurs quantiques, quel avenir pour l’informatique conventionnelle ou classique?

En juillet, Ewin Tang, 18 ans, diplômé en informatique et en mathématiques de l’Université du Texas à Austin, a fait des vagues dans l’informatique internationale en développant un algorithme informatique classique capable de résoudre un problème presque aussi vite qu’un quantum. ordinateur.

Le problème consistait à développer un moteur de recommandation proposant des produits aux utilisateurs en fonction des données relatives à leurs préférences.

Et l’UE a récemment annoncé qu’elle travaillait sur la prochaine génération d’ordinateurs – exascale – qui permettrait un milliard de milliards de calculs par seconde.




“Exascale signifie 10 à la puissance de 18 opérations par seconde”, explique le professeur Scott Aaronson, un informaticien théorique chez UT Austin qui a encadré M. Tang.

“10 à la puissance de 18 est grande, mais les systèmes quantiques, qui seront capables de 10 à la puissance de 1 000 opérations par seconde, sont beaucoup plus gros.”

Et le problème de l’informatique classique est que nous atteignons les limites du nombre de transistors que nous pouvons installer sur une puce – l’A11 d’Apple, par exemple, se contente de 4,3 milliards.

La loi de Moore – que tous les deux ans, les microprocesseurs seront deux fois plus rapides, consomment deux fois moins d’énergie et occupent deux fois moins d’espace – finissent par tomber en panne.

Saut quantique

Même si un ordinateur quantique stable et produit en série reste toujours inaccessible, la recherche donne déjà des résultats intéressants.

“Si nous n’avions pas investi dans l’informatique quantique, l’algorithme quantique qui a inspiré M. Tang n’aurait pas existé”, explique le professeur Robert Young, chercheur à la Royal Society et directeur du Quantum Technology Center de l’Université de Lancaster.