Les jalons quantiques de Google et IBM, et le long chemin vers des machines utiles

L'affirmation de Google figure dans un article scientifique obtenu par Fortune, puis publié par Nature. Elle repose sur une expérience menée sur un processeur à 53 qubits appelé Sycamore. La puce a échantillonné un circuit généré aléatoirement un million de fois en environ 200 secondes. Pour la même tâche, Google estime qu'un supercalculateur de pointe aurait besoin de près de 10 000 ans.

Tout l'enjeu tient dans cet écart. Fortune a obtenu l'article avant que la NASA ne le publie brièvement. Les chercheurs de Google y écrivent que « l'accélération quantique est réalisable dans un système réel et n'est exclue par aucune loi physique cachée ».

Le résultat ne sort pas de nulle part. En avril 2017, MIT Technology Review rapportait que John Martinis, le physicien à la tête du groupe quantique de Google, s'était donné jusqu'à la fin de cette année-là pour atteindre le même jalon. Son équipe disposait alors d'une puce à six qubits, disposés deux par trois. Elle testait une méthode de fabrication où les qubits et leur câblage de contrôle sont construits sur des puces séparées, puis assemblés par bump bonding. Martinis précisait que cette approche visait à supprimer les lignes de contrôle supplémentaires qui peuvent perturber le fonctionnement des qubits. Il ajoutait qu'il lui faudrait une grille de 49 qubits pour l'expérience de suprématie, et que des conceptions de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours.

IBM atteint 50 qubits en premier, puis conteste la mesure

Google n'était pas seul. L'Associated Press rapportait en novembre 2017 qu'IBM avait construit et mesuré un prototype de processeur à 50 qubits. Dario Gil, qui dirigeait la division de recherche d'IBM sur l'informatique quantique et l'IA, y voyait la première fois qu'une entreprise construisait un ordinateur quantique à cette échelle. Seth Lloyd, professeur de génie mécanique au MIT et non impliqué dans les travaux, déclarait à l'AP qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, mais que l'annonce signalait des progrès notables.

En mars 2019, IBM changeait d'unité de mesure. ZDNET rapportait que le Q System One d'IBM, un processeur à 20 qubits, avait produit un Quantum Volume de 16, le double du Quantum Volume de 8 enregistré par son système IBM Q précédent. Le Quantum Volume tient compte du nombre de qubits, de la connectivité et du temps de cohérence, mais aussi des erreurs de porte et de mesure, de la diaphonie entre dispositifs et de l'efficacité du compilateur. IBM indiquait que cette mesure devrait doubler chaque année pour atteindre l'avantage quantique en une décennie, et que l'entreprise avait doublé la puissance de ses ordinateurs quantiques chaque année depuis 2017.

Quand l'article de Google est apparu en septembre 2019, Gil, d'IBM, n'a pas mâché ses mots. Il a déclaré à Fortune que l'expérience était un « cas très particulier », une « expérience de laboratoire » sans « applications pratiques », et a déconseillé d'utiliser la suprématie quantique comme mesure du progrès. « Les ordinateurs quantiques ne régneront jamais en maîtres sur les ordinateurs classiques, ils travailleront plutôt de concert avec eux, car chacun a ses forces propres », a-t-il dit.

Jim Clarke, directeur du matériel quantique chez Intel Labs, a qualifié la mise à jour de Google de « borne kilométrique notable ». Selon lui, un ordinateur quantique commercialement viable exigerait bien d'autres avancées en recherche et développement. « Le développement n'en est encore qu'au premier kilomètre de ce marathon, mais nous croyons fermement au potentiel de cette technologie », a-t-il dit.

Le compte rendu de Google, publié sur son blog en octobre 2019, restait prudent sur les limites. L'entreprise décrit le résultat comme un moment « hello world » et indique qu'il faudra de nombreuses années avant que puisse être mise en œuvre un ensemble plus large d'applications réelles. Elle présente ces travaux comme un effort de 13 ans. Il a commencé lorsque le scientifique de Google Hartmut Neven a exploré l'informatique quantique pour l'apprentissage automatique en 2006, et s'est poursuivi lorsque Martinis et son équipe de l'Université de Californie à Santa Barbara l'ont rejointe en 2014.

L'écart entre un jalon et un produit n'est pas un détail technique. Les processeurs quantiques devraient être bien plus grands que 50 qubits pour accomplir un travail utile, et la correction des erreurs reste non résolue à grande échelle. Chris Monroe, professeur à l'Université du Maryland et cofondateur de la start-up IonQ, l'a déclaré à MIT Technology Review en 2017 : l'expérience de suprématie serait « un jalon académique ». Son pronostic pour la suite : « Ensuite, il faut encore trouver comment la rendre plus évolutive et programmable. »