La suprématie quantique revendiquée par Google et la course aux jalons qui a suivi

L'article scientifique est apparu sur NASA.gov plus tôt cette semaine-là, puis a été retiré, rapporte Fortune le 20 septembre 2019. Fortune en a obtenu une copie. Le Financial Times avait révélé l'information le premier. Un porte-parole de Google a refusé de confirmer l'authenticité de l'article et de ses résultats. La NASA n'a pas répondu immédiatement à une demande de commentaire.

Une source chez Google proche du dossier affirme que la NASA a publié l'article par erreur, trop tôt, avant que les affirmations de l'équipe ne passent par l'évaluation par les pairs. Ce processus prend de quelques semaines à plusieurs mois. Le chiffre qui structure toute l'histoire, 200 secondes contre 10 000 ans, est donc arrivé en public sans cette validation. Chaque jalon quantique prend cette forme : une mesure, une comparaison avec une machine classique, et une discussion sur ce que la comparaison signifie vraiment.

L'article de 2019 décrivait une expérience qui échantillonnait des nombres générés aléatoirement dans un scénario spécialisé faisant intervenir des phénomènes quantiques. Les chercheurs affirmaient que leur ordinateur quantique battait les ordinateurs classiques sur cette tâche, qui consistait à calculer la sortie de certains circuits spécialisés.

La machine de Google, baptisée Sycamore, comptait 53 qubits, une mesure de sa puissance potentielle. L'équipe était revenue en arrière par rapport à Bristlecone, un dispositif à 72 qubits conçu auparavant. Les chercheurs estimaient que refaire la même expérience sur un serveur Google Cloud prendrait 50 000 000 000 000 heures, trop long pour être réalisable. Sur le processeur quantique, disaient-ils, il n'avait fallu que 30 secondes.

Deux ans plus tôt, un objectif de 49 qubits

L'ambition n'était pas nouvelle. En avril 2017, MIT Technology Review rapportait que John Martinis, à la tête du groupe de recherche quantique de Google, s'était donné quelques mois seulement pour franchir un jalon dans l'histoire de l'informatique : un dispositif capable d'effectuer un calcul particulier hors de portée de tout ordinateur conventionnel. La preuve, disait-il, viendrait d'une course entre la puce de Google et l'un des plus grands supercalculateurs du monde.

À ce moment-là, le groupe d'environ 25 personnes de Google disposait d'une nouvelle puce à six qubits disposés en configuration deux par trois. Martinis affirmait que cette disposition 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. C'était aussi un test d'une méthode de fabrication : les qubits et le câblage conventionnel qui les contrôle sont fabriqués sur des puces séparées, puis assemblés par collage de bosses. Cette approche vise à éliminer les lignes de contrôle supplémentaires qui peuvent interférer avec le fonctionnement des qubits. Google avait publié des résultats d'une puce à neuf qubits disposés en ligne. Martinis disait qu'il aurait besoin d'une grille de 49 qubits pour l'expérience de suprématie. Des conceptions d'appareils de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours.

« Ce processus fonctionne entièrement », a déclaré Martinis à MIT Technology Review. « Maintenant, nous sommes prêts à accélérer en quelque sorte. »

Tout le monde ne voyait pas dans cet objectif une ligne d'arrivée. Chris Monroe, professeur à l'université du Maryland et cofondateur de la start-up IonQ, l'a qualifié de « jalon académique » et a ajouté : « 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. Il disait aussi que cet objectif aidait les dirigeants de Google, et le cofondateur Sergey Brin, à comprendre que la technologie devenait réelle.

La contre-argumentation d'IBM, et une autre mesure

IBM avait sa propre annonce. 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 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 non impliqué dans la recherche, a déclaré qu'IBM avait probablement encore des défauts à corriger, mais que l'annonce était un signe de progrès significatif.

En mars 2019, IBM argumentait contre le nombre de qubits comme mesure principale. Lors de la réunion de mars de l'American Physical Society, l'entreprise a présenté un Quantum Volume de 16 pour son Q System One, qui dispose d'un processeur à 20 qubits, soit le double du Quantum Volume de 8 de son système IBM Q existant. Le Quantum Volume dépend du nombre de qubits, de la connectivité et du temps de cohérence, ainsi que des erreurs de porte et de mesure, de la diaphonie de l'appareil 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 par rapport aux ordinateurs classiques, dans la prochaine décennie.

L'objection de Gil au cadrage de la suprématie était directe. « L'expérience et le terme 'suprématie' seront mal compris par presque tous », a-t-il déclaré à Fortune. Il décrivait le travail comme une expérience de laboratoire dans un cas très particulier, sans « applications pratiques ». Il a ajouté : « 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 Google de « jalon notable » et a déclaré qu'un ordinateur quantique commercialement viable exigerait de nombreuses avancées en R&D. « Alors que 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.

Les chercheurs de Google étaient plus optimistes à court terme. « Ces développements font passer l'informatique quantique du statut de sujet de recherche à celui de technologie ouvrant de nouvelles capacités de calcul », ont-ils écrit dans l'article, ajoutant : « Nous ne sommes qu'à un algorithme créatif d'applications utiles à court terme. »