Google, IBM et le 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.

La revendication est étroite et précise. Selon le billet de blog de Google, sa machine Sycamore a réalisé un calcul test en 200 secondes. Les meilleurs algorithmes connus, sur les supercalculateurs les plus puissants, mettraient des milliers d'années à 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. Un supercalculateur de pointe aurait besoin d'environ 10 000 ans pour la tâche équivalente. Le même article estimait que faire tourner l'expérience sur un serveur Google Cloud prendrait 50 000 000 000 000 heures.

Fortune a obtenu une copie de l'article après sa brève apparition sur NASA.gov et son retrait. Le Financial Times a été le premier à rapporter l'information. Un porte-parole de Google a refusé de confirmer l'authenticité de l'article. 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 de revendications, un mot contesté

IBM y 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 bits quantiques. Dario Gil, qui dirigeait la division de recherche d'IBM en informatique quantique et 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, n'a pas participé aux travaux. Il a estimé qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, mais il a qualifié l'annonce de signe de progrès significatif.

Le chemin de Google vers cette échelle est passé par des puces plus petites. En avril 2017, MIT Technology Review rapportait que John Martinis, qui dirige le groupe de recherche quantique de Google, s'était donné jusqu'à la fin de cette année-là 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 déclarait lors d'une conférence au centre NASA Ames que le nombre de qubits était le mauvais titre. "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 à 49 ou 50 qubits, les tests devant commencer dans les deux semaines.

La machine finale était un processeur à 53 qubits appelé Sycamore, réduit à partir d'une conception de 72 qubits nommée Bristlecone. Le billet de blog de Google présentait le résultat comme le moment "hello world" que le domaine attendait. Il admettait aussi qu'il faudrait de nombreuses années avant qu'un ensemble plus large d'applications concrètes puisse être mis en œuvre.

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 a déconseillé d'utiliser la suprématie quantique comme mesure de progrès. "L'expérience et le terme '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, mais travailleront plutôt de concert avec eux, car chacun a ses forces propres."

Jim Clarke, directeur du matériel quantique chez Intel Labs, a qualifié la mise à jour de jalon notable. Il a ajouté qu'un ordinateur quantique commercialement viable exigerait d'abord de nombreuses avancées en recherche et développement. "Même si le développement n'en est qu'au premier kilomètre de ce marathon, 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, déclarait à MIT Technology Review en 2017 que la suprématie serait "un jalon académique". "Ensuite, il faut encore trouver comment la rendre plus évolutive et programmable", disait-il.

Les travaux d'IBM sur les métriques vont 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, le double du Quantum Volume de 8 de son système IBM Q d'alors. Le Quantum Volume tient compte du nombre de qubits, de la connectivité et du temps de cohérence, ainsi que des erreurs de porte 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 la puissance de ses ordinateurs quantiques chaque année 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 : "Nous ne sommes qu'à un algorithme créatif d'applications utiles à court terme."

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