L'échéance des 49 qubits de Google : ce que disent les archives

John Martinis dirige le groupe d'informatique quantique de Google. Il s'était donné quelques mois pour atteindre un jalon dans l'histoire de l'informatique. D'ici la fin de 2017, disait-il, son équipe construirait un appareil capable d'atteindre la « suprématie quantique », un calcul hors de portée de tout ordinateur classique.

« Nous pensons être prêts à faire cette expérience. C'est quelque chose que nous pouvons faire maintenant », a déclaré Martinis à MIT Technology Review, dans un article publié le 21 avril 2017.

Six qubits, 49 qubits et l'écart entre les deux

Les chiffres comptent. À ce moment-là, la puce la plus récente de Google comptait six qubits, disposés en deux rangées de trois, selon MIT Technology Review. Martinis a expliqué que cette disposition servait de test : elle montrait que la technologie de l'entreprise fonctionnait encore lorsque les qubits étaient côte à côte, comme ils le seraient dans des appareils plus grands. La même puce servait à tester une méthode de fabrication : les qubits et le câblage classique qui les contrôle sont fabriqués sur des puces séparées, puis assemblés par collage de bosses. L'équipe de Google travaillait sur cette méthode depuis sa création, un peu plus de deux ans auparavant, car des lignes de contrôle supplémentaires dans une puce plus grande peuvent perturber le fonctionnement des qubits.

Mais l'expérience de suprématie exigeait une grille de 49 qubits, a dit Martinis, pas six. Des résultats antérieurs de Google avaient utilisé neuf qubits alignés en ligne. Des conceptions d'appareils de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours. Il a brièvement montré des images de la puce à six qubits à la conférence IEEE TechIgnite de Burlingame, en Californie, bien que le groupe n'ait pas divulgué officiellement les détails techniques.

Google n'était pas seul dans la course. MIT Technology Review citait Intel, Microsoft et IBM comme concurrents, aux côtés de start-up. Simon Gustavsson, chercheur principal d'un groupe de recherche en informatique quantique au MIT, a décrit Google comme l'un des leaders. « C'est assez comparable entre Google et IBM », a-t-il dit.

La contre-annonce d'IBM

Le 10 novembre 2017, IBM a déclaré que ses scientifiques avaient construit et mesuré un prototype de processeur à 50 bits quantiques. Dario Gil, qui dirigeait la division de recherche d'IBM en informatique quantique et en intelligence artificielle, a affirmé que c'était la première fois qu'une entreprise construisait un ordinateur quantique à cette échelle, selon l'Associated Press, qui a rapporté l'annonce via The Seattle Times.

Seth Lloyd, professeur de génie mécanique au MIT, non impliqué dans les recherches d'IBM, a estimé qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, mais a qualifié l'annonce des 50 qubits de signe de progrès significatif.

« Les communiqués de presse parlent toujours de course à l'espace quantique en nombre de qubits. C'est plus qu'une question de quantité, c'est la qualité des qubits. »

Cette phrase vient de Martinis, qui s'exprimait à la première conférence sur l'informatique quantique pour les entreprises, ou Q2B, organisée par la start-up QCWare au centre NASA Ames. Gizmodo, qui a couvert l'événement de décembre 2017, rapportait que Google fabriquait alors son appareil de suprématie à 49 ou 50 qubits et commencerait les tests dans deux semaines, sans compter les retards liés aux vacances de Noël.

Martinis a aussi expliqué en quoi consisterait le test. L'équipe de Google intriquerait ses qubits dans un circuit quantique et laisserait le système évoluer. La mesure finale pourrait prendre différentes valeurs avec différentes probabilités. Calculer ces résultats est si complexe qu'un ordinateur classique doit simuler l'ordinateur quantique pour y parvenir, rapportait Gizmodo. Il lui faudrait des semaines pour faire ce que la machine quantique faisait en quelques minutes. Le problème n'a pas d'utilité industrielle. C'est un banc d'essai.

Ce que ce jalon n'était pas

Les attentes devaient être recalibrées, et les sources des archives le disent clairement. Chris Monroe, professeur à l'université du Maryland et cofondateur de la start-up d'informatique quantique IonQ, a qualifié l'expérience de suprématie de « jalon académique ». « Ensuite, il faut encore trouver comment la rendre plus évolutive et programmable », a-t-il dit à MIT Technology Review.

Martinis convenait qu'il restait beaucoup à faire, mais soutenait que l'expérience pourrait devenir un banc d'essai pour quiconque prétend disposer d'un ordinateur quantique fonctionnel. Il a aussi dit que cet objectif avait aidé les dirigeants de Google, et le cofondateur Sergey Brin, à comprendre que la technologie devenait réelle. « Ils ont tous compris et sont très enthousiastes », a-t-il dit. « Nous essayons d'obtenir du soutien au sein de Google, et cette expérience a été très utile pour que d'autres ingénieurs viennent nous parler. »

Le calendrier a glissé. La revendication de suprématie quantique de Google est arrivée en septembre 2019, pas en 2017. Fortune rapportait que l'entreprise affirmait que son processeur Sycamore, doté de 53 qubits, avait échantillonné un circuit généré aléatoirement en environ 200 secondes, tandis qu'un superordinateur de pointe aurait besoin d'environ 10 000 ans pour la tâche équivalente. Les chercheurs estimaient que la même expérience sur un serveur Google Cloud prendrait 50 000 000 000 000 heures ; sur le processeur quantique, elle a pris 30 secondes. Fortune a obtenu une copie de l'article, qui avait été publié sur NASA.gov puis retiré ; le Financial Times a rapporté l'information en premier. Un porte-parole de Google a refusé de confirmer l'authenticité de l'article, et une source chez Google a suggéré que la NASA l'avait publié trop tôt, avant l'évaluation par les pairs.

IBM a contesté le cadrage. Dario Gil, directeur d'IBM Research, a déclaré à Fortune que l'expérience était un « cas très particulier » de « laboratoire », sans « applications pratiques ». « Les ordinateurs quantiques ne régneront jamais en « suprêmes » sur les ordinateurs classiques, mais travailleront plutôt de concert avec eux, car chacun a ses forces uniques », a-t-il dit. Jim Clarke, directeur du matériel quantique chez Intel Labs, a qualifié la mise à jour de « jalon notable » et a déclaré qu'un ordinateur quantique commercialement viable exigerait bien d'autres avancées en R&D. « Si le développement n'en est encore qu'au premier kilomètre de ce marathon, nous croyons fermement au potentiel de cette technologie », a-t-il dit.

IBM avait déjà commencé à plaider pour une autre unité de mesure. Lors de la réunion de mars 2019 de l'American Physical Society, rapportait ZDNET, IBM a présenté son volume quantique le plus élevé à ce jour. Le volume quantique est une mesure de performance qui combine le nombre de qubits, la connectivité et le temps de cohérence avec les erreurs de porte et de mesure, la diaphonie entre appareils et l'efficacité du compilateur. IBM a déclaré que son Q System One, doté d'un processeur à 20 qubits, produisait un volume quantique de 16, le double de l'IBM Q d'alors à 8, et affichait certains des taux d'erreur les plus faibles qu'IBM ait mesurés. L'entreprise a déclaré que le volume quantique devrait doubler chaque année pour atteindre l'avantage quantique, le point où les applications quantiques apportent des avantages significatifs sur les ordinateurs classiques, dans la prochaine décennie. IBM a doublé la puissance de ses ordinateurs quantiques chaque année depuis 2017.

Tout cela s'inscrit dans un domaine qui, selon les récits des archives, est loin d'être achevé. À Q2B, le physicien théoricien du Caltech John Preskill a décrit la période actuelle comme l'ère NISQ, pour ordinateurs quantiques bruités à échelle intermédiaire. Preskill a dit que les progrès vers un ordinateur quantique tolérant aux fautes devaient se poursuivre. Gizmodo notait que les entreprises ne pourraient pas tirer parti de l'informatique quantique avant un bon moment, peut-être des décennies.

Les chercheurs de Google étaient plus optimistes dans leur article de 2019. « L'accélération quantique est réalisable dans un système du monde réel et n'est exclue par aucune loi physique cachée », ont-ils écrit, selon Fortune. Ils prévoyaient que la puissance de l'informatique quantique croîtrait à un rythme doublement exponentiel, plus rapide que le rythme exponentiel qui définissait la loi de Moore. Et ils ajoutaient une réserve qui a bien vieilli : « Il ne nous manque qu'un algorithme créatif pour des applications à court terme utiles. »