La puce quantique d'IBM dépasse l'estimation d'un supercalculateur, pendant que la concurrence avance sur 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, vient d'une puce supraconductrice de 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. Cette année-là, des chercheurs de UC Berkeley ont été les premiers à avancer que l'échantillonnage de circuits aléatoires (RCS) était un bon candidat pour démontrer l'avantage quantique. En 2019, le processeur Sycamore de 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. Ces allers-retours définissent 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. Elle a trouvé ce que le rapport appelle une zone de Boucles d'or à 36 cycles, impliquant 918 portes à deux qubits. Avec 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 commercial et largement accessible, que la plupart des utilisateurs non experts peuvent facilement reproduire. » Cette dernière proposition pèse lourd. Les démonstrations précédentes reposaient souvent sur du matériel ajusté ; celle-ci utilise 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 commercial et largement accessible. »

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. L'équipe a donc utilisé la contraction de réseaux de tenseurs pour estimer le coût classique de la reproduction des échantillons. Ce calcul situe la tâche à environ 1,2 x 10^27 opérations, ce qui correspond à peu près à 110 ans sur la base d'une estimation prudente de la performance soutenue de Frontier. ScienceAlert signale deux réserves. Les 110 ans ne constituent pas une limite fondamentale pour le matériel classique, mais une estimation liée à une méthode de reproduction de l'expérience. Et les chercheurs en calcul classique ont un solide palmarès de découvertes 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 de l'université de Kyoto et de l'université de Hiroshima avaient mis au point et démontré expérimentalement une méthode d'identification des 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 nécessaires croît exponentiellement avec le nombre de photons. Une mesure intriquée peut identifier un état en une seule fois. Cela avait déjà été fait pour l'état Greenberger-Horne-Zeilinger, mais pas pour les états W. L'équipe de Kyoto et Hiroshima a utilisé une propriété appelée symétrie de décalage cyclique pour construire un circuit quantique photonique effectuant une transformation de Fourier quantique, puis l'a testé avec trois photons.

« Plus de 25 ans après la proposition initiale concernant la mesure intriquée pour les états GHZ, nous avons enfin obtenu la mesure intriquée pour 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 alimenter la téléportation quantique, les protocoles de communication et l'informatique quantique à base de mesures.

Les équipes de sécurité se préparent déjà à la menace quantique

Si les résultats matériels montrent des progrès, le volet sécurité montre l'urgence. Cloudflare a publié le 29 septembre un article décrivant un travail avec l'IETF sur un mécanisme de protection contre la rétrogradation pour IPsec, désormais en bêta sur l'ensemble de 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 une cryptographie classique qu'un futur ordinateur quantique pourrait casser. Cloudflare indique avoir redécouvert une faille de conception dans IPsec qui permet une attaque plus sophistiquée que la rétrogradation standard, une attaque qui fonctionne quelle que soit la méthode d'authentification utilisée. L'attaque exige qu'un calcul quantique s'exécute en temps réel pendant la poignée de main du protocole, il ne s'agit donc pas d'une opération de type « récolter maintenant, déchiffrer plus tard ». Cloudflare précise ne pas savoir encore si ou quand l'attaque sera réalisable, mais affirme que la baisse des estimations de ressources nécessaires aux attaques quantiques contre la cryptographie à clé publique l'a poussée 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 gestionnaire 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 plan d'environ 1 080 engins spatiaux d'ici 2035, répartis entre environ 720 unités d'inférence et 360 unités de calcul général. L'entreprise a cité des accords de crédit d'une valeur de 10 milliards de yuans (1,49 milliard de dollars américains au 28 septembre) avec la Banque industrielle et commerciale de Chine et la Banque agricole de Chine, dont au moins 1 milliard de yuans disponible pour une première phase. Les orbites, les liaisons inter-satellites, la taille des radiateurs et la masse n'ont pas été divulguées, et aucun dépôt réglementaire n'a encore été effectué.

Le même jour, Efficient Computer a annoncé une levée de 97 millions de dollars en série B menée par TQ Ventures, portant son financement total à 173 millions de dollars pour une valorisation de 650 millions de dollars. Dans un article de blog de l'entreprise, le PDG Brandon Lucia soutient que les accélérateurs d'IA à fonction fixe sont un mauvais compromis, car la partie non accélérée d'une charge de travail plafonne l'efficacité du système, citant la loi d'Amdahl. Efficient revendique une efficacité énergétique 10 à 100 fois supérieure à celle des 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 réellement demandé d'essayer.