Google, IBM et ce jalon quantique qui ne cesse de reculer

Le mot « jalon » a beaucoup servi dans l'informatique quantique. La revendication de suprématie quantique de Google, publiée dans le numéro du 150e anniversaire de Nature en octobre 2019, est la plus retentissante. Ce n'est pas la seule, et ce n'est pas celle qui clôt le débat.

L'affirmation elle-même est étroite et précise. Selon le propre billet de blog de Google, sa machine Sycamore a réalisé un calcul de test en 200 secondes, là où les meilleurs algorithmes connus sur les supercalculateurs les plus puissants demanderaient des milliers d'années pour le reproduire. Dans l'article, rapporté par Fortune le 20 septembre 2019, les chercheurs précisent : le processeur a mis environ 200 secondes pour échantillonner un million de fois une instance du circuit quantique, alors qu'un supercalculateur de pointe aurait besoin d'environ 10 000 ans pour la tâche équivalente. Le même article estimait qu'exécuter l'expérience sur un serveur Google Cloud prendrait 50 000 000 000 000 heures.

Fortune s'est procuré une copie de l'article après sa brève apparition sur NASA.gov, d'où il a été retiré. Le Financial Times a révélé l'information en premier. Un porte-parole de Google a refusé de confirmer l'authenticité du document. Une source chez Google a suggéré que la NASA l'avait publié trop tôt, avant l'évaluation par les pairs, un processus qui peut prendre des semaines ou des mois.

Deux ans d'annonces, un mot contesté

IBM est arrivé le premier avec un chiffre, sinon avec le même mot. Le 10 novembre 2017, l'Associated Press rapportait que des scientifiques d'IBM avaient construit et mesuré un prototype de processeur à 50 qubits. Dario Gil, qui dirigeait la division de recherche d'IBM en informatique quantique et en intelligence artificielle, a déclaré que c'était la première fois qu'une entreprise construisait un ordinateur quantique à cette échelle. Seth Lloyd, professeur de génie mécanique au MIT et extérieur aux travaux, a estimé qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, tout en qualifiant l'annonce de signe de progrès notable.

Le chemin de Google vers cette échelle est passé par des puces plus petites. En avril 2017, MIT Technology Review rapportait que John Martinis, à la tête du groupe de recherche quantique de Google, s'était donné jusqu'à la fin de l'année pour atteindre la suprématie quantique. L'équipe disposait d'une puce à neuf qubits alignés, et sa puce la plus récente comptait six qubits dans une configuration de deux par trois. Martinis disait avoir besoin d'une grille de 49 qubits pour l'expérience. Des conceptions de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours.

En décembre 2017, Martinis expliquait devant une conférence au NASA Ames que le nombre de qubits était le mauvais indicateur. « Les communiqués de presse parlent toujours de course à l'espace quantique en nombre de qubits », disait-il, selon Gizmodo. « C'est une question de quantité, mais aussi de qualité des qubits. » Google fabriquait alors son dispositif de 49 ou 50 qubits, les tests devant commencer dans les deux semaines.

La machine finale fut un processeur à 53 qubits nommé Sycamore, réduit à partir d'une conception à 72 qubits appelée Bristlecone. Le billet de blog de Google présentait le résultat comme le moment « hello world » que le domaine attendait, tout en reconnaissant qu'il faudrait de nombreuses années avant de pouvoir mettre en œuvre un ensemble plus large d'applications réelles.

Ce que le jalon ne mesure pas

Dario Gil, d'IBM, a déclaré à Fortune que l'expérience était un cas de laboratoire très particulier, sans applications pratiques, et il a déconseillé d'utiliser la suprématie quantique comme mesure de progrès. « L'expérience et le terme de suprématie seront mal compris par presque tout le monde », a-t-il dit. « Les ordinateurs quantiques ne régneront jamais en maîtres sur les ordinateurs classiques, ils travailleront plutôt de concert avec eux, chacun ayant ses forces propres. »

Jim Clarke, directeur du matériel quantique chez Intel Labs, a parlé d'un jalon remarquable et estimé qu'un ordinateur quantique commercialement viable exigerait d'abord de nombreuses avancées en recherche et développement. « Le développement n'en est qu'au premier kilomètre de ce marathon, mais nous croyons fermement au potentiel de cette technologie », a-t-il dit.

Cette prudence a une histoire. Chris Monroe, professeur à l'université du Maryland et cofondateur de la start-up IonQ, confiait à MIT Technology Review en 2017 que la suprématie serait « un jalon académique ». « Ensuite, il faut encore trouver comment le rendre plus évolutif et plus programmable », ajoutait-il.

Le travail d'IBM sur ses propres indicateurs va dans le même sens. Lors de la réunion de mars 2019 de l'American Physical Society, IBM a présenté un Quantum Volume de 16 pour son Q System One à 20 qubits, soit le double du Quantum Volume de 8 de son système IBM Q alors en service. Le Quantum Volume tient compte du nombre de qubits, de la connectivité et du temps de cohérence, ainsi que des erreurs de portes et de mesure, de la diaphonie entre dispositifs et de l'efficacité du compilateur logiciel de circuits. IBM indiquait que le Quantum Volume devrait doubler chaque année pour atteindre l'avantage quantique, le point où les applications quantiques offrent des avantages significatifs sur les ordinateurs classiques, dans la prochaine décennie. IBM double chaque année la puissance de ses ordinateurs quantiques depuis 2017.

La conclusion de l'article de Google est plus ambitieuse que l'expérience. Les chercheurs prédisaient que la puissance de calcul quantique croîtra à un rythme doublement exponentiel, dépassant le rythme exponentiel qui a défini la loi de Moore. Ils écrivaient aussi : « Il ne nous manque qu'un algorithme créatif pour des applications utiles à court terme. »

Voilà la partie encore non vérifiée. L'exécution de 200 secondes est un point de données. La comparaison avec 10 000 ans en est un autre. Ni l'un ni l'autre ne dit à une entreprise quoi faire lundi.