Suprématie quantique : Google revendique 200 secondes contre 10 000 ans

Fortune s'est procuré une copie de l'article de Google, brièvement mis en ligne sur NASA.gov avant d'être retiré. Un porte-parole de Google a refusé de confirmer l'authenticité de l'article et de ses résultats. La NASA n'a pas répondu dans l'immédiat à une demande de commentaire, rapporte Fortune le 20 septembre 2019.

D'après l'article, le processeur de Google a mis environ 200 secondes pour échantillonner 1 000 000 de fois une instance d'un circuit quantique. Un supercalculateur de pointe aurait besoin d'environ 10 000 ans pour la même tâche, écrivent les chercheurs. Sur un serveur Google Cloud, la même expérience prendrait 50 000 000 000 000 heures, estiment-ils. Sur le processeur quantique, elle a pris 30 secondes.

« L'accélération quantique est réalisable dans un système réel et aucune loi physique cachée ne l'empêche », écrivent les chercheurs. Ils prédisent aussi que la puissance de calcul quantique « croîtra à un rythme doublement exponentiel », plus rapide que le rythme exponentiel qui définissait la loi de Moore.

Sycamore, Bristlecone et les chiffres derrière la revendication

La machine, baptisée Sycamore, contenait 53 qubits. L'équipe était revenue en arrière par rapport à un dispositif de 72 qubits appelé Bristlecone, conçu auparavant. L'expérience échantillonnait des nombres générés aléatoirement via un scénario spécialisé faisant intervenir des phénomènes quantiques. Les chercheurs affirment avoir établi que leur ordinateur quantique battait les ordinateurs classiques sur cette tâche, qui consistait à calculer la sortie de certains circuits spécialisés.

« Les processeurs quantiques à base de qubits supraconducteurs peuvent désormais effectuer des calculs... au-delà de la portée des supercalculateurs classiques les plus rapides disponibles aujourd'hui », écrivent les chercheurs. « À notre connaissance, cette expérience marque le premier calcul qui ne peut être effectué que sur un processeur quantique. »

Fortune note qu'une source chez Google suggère que la NASA a publié l'article par erreur, trop tôt, avant que les revendications de l'équipe puissent être examinées en profondeur par une évaluation scientifique par les pairs, un processus qui peut prendre de quelques semaines à plusieurs mois. Si l'article résiste à l'examen, Fortune estime qu'il annoncerait un moment charnière de la science quantique, contrant le doute qu'une loi de la nature imprévue puisse empêcher les ordinateurs quantiques de fonctionner comme espéré.

La revendication n'est pas passée sans résistance.

Dario Gil, responsable d'IBM Research, déconseille d'utiliser la suprématie quantique comme mesure du progrès dans le domaine. « L'expérience et le terme de suprématie seront mal compris par presque tous », a-t-il déclaré à Fortune. Gil décrit l'expérience comme un « cas de laboratoire » très particulier qui n'a « aucune application pratique ». Il ajoute : « Les ordinateurs quantiques ne régneront jamais en suprêmes 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, qualifie la mise à jour de Google de « jalon notable ». Il déclare qu'« un ordinateur quantique commercialement viable exigera » de nombreuses avancées en R&D avant de devenir réalité. « Alors que le développement n'en est encore qu'au premier kilomètre de ce marathon, nous croyons fermement au potentiel de cette technologie », ajoute Clarke.

Comment Google en est arrivé là

Le résultat fait suite à un objectif que Google avait annoncé publiquement deux ans plus tôt. En avril 2017, MIT Technology Review rapportait que John Martinis, qui dirige le groupe de recherche quantique de Google, s'était donné quelques mois pour atteindre un jalon dans l'histoire de l'informatique. D'ici la fin de cette année-là, disait Martinis, son équipe construirait un dispositif atteignant la « suprématie quantique », c'est-à-dire capable d'effectuer un calcul particulier hors de portée de tout ordinateur classique. La preuve viendrait d'une course entre la puce de Google et l'un des plus grands supercalculateurs du monde.

« Nous pensons être prêts à réaliser cette expérience. C'est quelque chose que nous pouvons faire maintenant », disait Martinis à l'époque.

L'une des raisons de sa confiance était une nouvelle puce à six qubits disposés en configuration deux par trois. Selon Martinis, elle montrait que la technologie de l'entreprise fonctionnait encore lorsque les qubits étaient placés côte à côte, comme ils le seraient dans des dispositifs plus grands. Elle testait aussi une méthode de fabrication dans laquelle les qubits et le câblage classique qui les contrôle sont fabriqués sur des puces séparées puis assemblés par micro-billes, une approche destinée à éliminer les lignes de contrôle supplémentaires qui peuvent interférer avec le fonctionnement des qubits.

« Ce processus fonctionne entièrement », disait Martinis. « Nous sommes maintenant prêts à avancer vite, en quelque sorte. » Les conceptions de dispositifs de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours, disait-il, et Martinis affirmait qu'il aurait besoin d'une grille de 49 qubits pour l'expérience de suprématie.

Même alors, les chercheurs débattaient déjà de ce que ce jalon signifierait. « Ce sera un jalon académique », disait Chris Monroe, professeur à l'université du Maryland et cofondateur de la start-up d'informatique quantique IonQ. « Ensuite, il faut encore trouver comment le rendre plus évolutif et programmable. » Martinis convenait qu'il restait beaucoup à faire, mais soutenait que l'expérience pourrait devenir une référence pour quiconque prétend disposer d'un ordinateur quantique fonctionnel.

En décembre 2017, la course avait attiré un public d'entreprises. À la première conférence Q2B, tenue au NASA Ames, des représentants de constructeurs automobiles et de compagnies aériennes, de grandes banques, d'éditeurs de logiciels et de l'armée ont rencontré des experts, des entrepreneurs et des professeurs. Gizmodo rapportait que Google était en train de fabriquer son dispositif de 49 ou 50 qubits ce mois-là et commencerait les tests dans deux semaines, sans tenir compte des retards liés aux vacances de Noël, selon Martinis.

Lors du même événement, Martinis contestait la manière dont les progrès étaient présentés. « Les communiqués parlent toujours de course quantique en nombre de qubits », disait-il. « C'est plus qu'une question de quantité, c'est une question de qualité des qubits. »

Le jalon concurrent d'IBM

Google n'était pas seul à revendiquer une première. Le 10 novembre 2017, l'Associated Press rapportait qu'IBM avait construit et mesuré un prototype de processeur à 50 bits quantiques. Dario Gil, qui dirige la division de recherche d'IBM en informatique quantique et intelligence artificielle, déclarait que c'était la première fois qu'une entreprise construisait un ordinateur quantique à cette échelle.

Seth Lloyd, professeur de génie mécanique au MIT, non impliqué dans la recherche d'IBM, disait qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, mais qualifiait l'annonce des 50 qubits de signe de progrès significatif.

IBM a continué de publier des jalons par la suite. ZDNET rapportait en mars 2019 que le Q System One d'IBM, doté d'un processeur à 20 qubits, produisait un Quantum Volume de 16, le double de l'IBM Q actuel, dont le Quantum Volume était de 8. IBM décrit le Quantum Volume comme une mesure de performance déterminée par le nombre de qubits, la connectivité et le temps de cohérence, en tenant compte des erreurs de porte et de mesure, de la diaphonie entre dispositifs et de l'efficacité du compilateur logiciel de circuits. IBM affirmait que le Quantum Volume devrait doubler chaque année pour atteindre le Quantum Advantage, le point où les applications quantiques offrent des avantages significatifs sur les ordinateurs classiques, dans la prochaine décennie.

Chez Google, l'équipe présentait son résultat comme une transition plutôt qu'une arrivée. « À la suite de ces développements, l'informatique quantique passe d'un sujet de recherche à une technologie qui ouvre de nouvelles capacités de calcul », écrivent les chercheurs. « Nous ne sommes qu'à un algorithme créatif d'applications précieuses à court terme. »