La puce quantique d'IBM dépasse l'estimation d'un supercalculateur, pendant que ses rivaux poussent l'intrication et la sécurité post-quantique

Le 29 septembre, ScienceAlert a rapporté que le processeur quantique Nighthawk r2 d'IBM avait généré un million d'échantillons en 19 secondes. Les auteurs de l'article estiment qu'un supercalculateur classique aurait besoin d'environ 110 ans pour la même tâche.

Le résultat, décrit dans une prépublication sur arXiv, provient d'une puce supraconductrice à 120 qubits accessible commercialement via la plateforme cloud d'IBM, et non d'une machine de laboratoire sur mesure. L'annonce compte parce qu'elle constitue le dernier épisode d'une bataille qui dure depuis 2018, quand des chercheurs de UC Berkeley ont soutenu pour la première fois que l'échantillonnage de circuits aléatoires (RCS) était un bon candidat pour démontrer l'avantage quantique. En 2019, le processeur Sycamore à 53 qubits de Google a fait la une en réalisant une expérience RCS que les machines classiques ne pouvaient pas reproduire en pratique. Des chercheurs classiques ont ensuite trouvé des raccourcis, et les équipes quantiques sont allées plus loin. Cet aller-retour définit le domaine depuis des années : chaque démonstration est suivie d'une réfutation classique, et chaque réfutation d'un test quantique plus difficile.

Ce que montre réellement le résultat du 29 septembre

Selon ScienceAlert, l'équipe dirigée par le physicien théoricien de la matière condensée Tigran Sedrakyan, de BlueQubit, a sélectionné 61 des 120 qubits du Nighthawk r2. Elle a exécuté des circuits aléatoires de complexité croissante, jusqu'à 40 cycles. Le rapport décrit une zone idéale à 36 cycles, impliquant 918 portes à deux qubits. À ce réglage, le processeur a produit le million d'échantillons en 19 secondes via le flux cloud standard de la plateforme, sans calibration particulière.

La formulation de l'article reste prudente. « À notre connaissance », écrivent les chercheurs, « il s'agit de la première démonstration d'avantage quantique pour un échantillonnage de circuits aléatoires standard sur un processeur quantique accessible commercialement et largement, que la plupart des utilisateurs non experts peuvent facilement reproduire. » Cette dernière proposition pèse vraiment. Les démonstrations précédentes reposaient souvent sur du matériel ajusté ; celle-ci a utilisé la même interface que verrait n'importe quel client du cloud.

« Il s'agit de la première démonstration d'avantage quantique pour un échantillonnage de circuits aléatoires standard sur un processeur quantique accessible commercialement et largement. »

Le chiffre de 110 ans est une estimation, pas une mesure. Personne ne peut réellement réserver du temps sur Frontier, le premier supercalculateur exaflopique au monde et le plus rapide jusqu'en 2024, aussi l'équipe a-t-elle utilisé la contraction de réseaux de tenseurs pour estimer le coût classique de la reproduction des échantillons. Ce calcul situe la tâche autour de 1,2 x 10^27 opérations, ce qui correspond à environ 110 ans selon une estimation prudente de la performance soutenue de Frontier. ScienceAlert signale deux réserves. Les 110 ans ne sont pas une limite fondamentale du matériel classique, mais une estimation liée à une méthode de reproduction de l'expérience. Et les chercheurs en informatique classique ont un solide palmarès de raccourcis algorithmiques. Les auteurs de la prépublication reconnaissent directement cette possibilité ; leur affirmation porte sur ce qui a été démontré le 29 septembre, pas sur une barrière définitive.

Mesure de l'intrication et jeu de longue haleine

La même semaine a apporté un second résultat, moins spectaculaire mais plus structurant. ScienceDaily a rapporté le 29 septembre que des chercheurs des universités de Kyoto et d'Hiroshima avaient mis au point et démontré expérimentalement une méthode pour identifier les états W, une forme d'intrication multi-photons qui résistait depuis plus de vingt ans à une mesure efficace en une seule fois.

Le problème est le volume de données. La tomographie quantique standard reconstruit un état à partir de nombreuses mesures, et la quantité de données nécessaire croît exponentiellement avec le nombre de photons. Une mesure intriquée peut identifier un état en une seule fois. C'était déjà fait pour l'état Greenberger-Horne-Zeilinger, mais pas pour les états W. L'équipe de Kyoto et Hiroshima a exploité une propriété appelée symétrie de décalage cyclique pour construire un circuit quantique photonique qui effectue une transformation de Fourier quantique, puis l'a testé avec trois photons.

« Plus de 25 ans après la proposition initiale concernant la mesure intriquée des états GHZ, nous avons enfin obtenu la mesure intriquée de l'état W également, avec une véritable démonstration expérimentale pour des états W à 3 photons », a déclaré l'auteur correspondant Shigeki Takeuchi dans le compte rendu de ScienceDaily. Ces travaux pourraient servir à la téléportation quantique, aux protocoles de communication et à l'informatique quantique fondée sur la mesure.

Les équipes de sécurité se préparent déjà à la menace quantique

Si les résultats matériels montrent des progrès, le versant sécurité montre l'urgence. Cloudflare a publié le 29 septembre un article décrivant son travail avec l'IETF sur un mécanisme de protection contre la rétrogradation pour IPsec, désormais en bêta sur ses produits IPsec. Le problème : un attaquant réseau peut retirer l'authentification post-quantique d'une poignée de main, forçant les extrémités à revenir à la cryptographie classique qu'un futur ordinateur quantique pourrait casser. Cloudflare dit avoir redécouvert une faille de conception dans IPsec qui permet une attaque plus sophistiquée que la rétrogradation standard, et qui fonctionne quel que soit le mode d'authentification utilisé. L'attaque exige un calcul quantique en temps réel pendant la poignée de main du protocole, ce n'est donc pas une affaire de stockage pour déchiffrement ultérieur. Cloudflare indique ne pas savoir encore si ni quand l'attaque sera réalisable, mais affirme que la baisse des estimations de ressources pour les attaques quantiques contre la cryptographie à clé publique l'a poussé à avancer son échéance de transition à 2029.

La parade exige que les deux parties prennent en charge l'extension. Cloudflare l'a activée en bêta pour Cloudflare WAN et Magic Transit, et les clients peuvent demander le drapeau ipsec_downgrade_protection à leur chargé de compte. L'entreprise dit espérer que l'écosystème IPsec au sens large suivra.

Le calcul quitte la planète, et l'énergie devient la contrainte

Deux autres développements de la semaine passée pointent dans des directions différentes. Le 29 septembre, China-in-Space a rapporté que STAR.VISION Aerospace avait dévoilé sa constellation de calcul Space.IDC au Global Digital Trade Expo le 25 septembre, avec un projet d'environ 1 080 engins spatiaux d'ici 2035, répartis entre environ 720 unités d'inférence et 360 unités de calcul général. L'entreprise cite des accords de crédit d'une valeur de 10 000 000 000 de yuans (1 490 000 000 de dollars américains au 28 septembre) avec la Industrial and Commercial Bank of China et la Agricultural Bank of China, dont au moins 1 000 000 000 de yuans disponibles pour une première phase. Les orbites, les liaisons intersatellites, la taille des radiateurs et la masse n'ont pas été divulgués, et aucun dépôt réglementaire n'a encore été effectué.

Le même jour, Efficient Computer a annoncé une levée de 97 000 000 de dollars en série B menée par TQ Ventures, portant son total à 173 000 000 de dollars pour une valorisation de 650 000 000 de dollars. Dans un billet de blog d'entreprise, le PDG Brandon Lucia soutient que les accélérateurs d'IA à fonction fixe sont un mauvais compromis, parce que la partie non accélérée d'une charge de travail fixe le plafond d'efficacité du système, citant la loi d'Amdahl. Efficient revendique une efficacité énergétique 10 à 100 fois meilleure que les architectures CPU traditionnelles pour sa puce Electron E1, qu'elle dit lancer en volume.

Pris ensemble, les nouvelles de la semaine ne décrivent pas une percée unique. Elles décrivent un domaine qui travaille sur plusieurs fronts à la fois : prouver l'avantage sur du matériel accessible, apprendre à mesurer efficacement les états intriqués, durcir l'internet contre une menace qui n'est pas encore arrivée, et débattre de l'origine de l'énergie nécessaire à tout cela. Le résultat en 19 secondes fait la une, mais c'est une estimation portant sur une machine classique à laquelle personne n'a jamais réellement demandé d'essayer.