Ce qui compte comme jalon en informatique quantique, de 9 qubits à 53

Le mot « jalon » est employé à la légère en informatique quantique. Pour comprendre ce que démontre réellement une annonce, il faut distinguer trois choses : le nombre de qubits d'un appareil, leur qualité, et le problème que la machine a été chargée de résoudre.

Les chercheurs de Google ont fait cette distinction très tôt. En avril 2017, John Martinis, qui dirige le groupe matériel quantique de Google, a déclaré à MIT Technology Review que son équipe disposait de quelques mois pour atteindre un jalon qu'il appelait suprématie quantique : un calcul hors de portée de tout ordinateur classique. À l'époque, Google avait construit une puce à six qubits disposés en grille de deux sur trois. Il s'agissait de tester si les qubits fonctionnaient encore côte à côte, et de valider une méthode de fabrication qui relie les qubits par bumps à un câblage de contrôle séparé. Martinis a précisé que l'équipe avait besoin d'une grille de 49 qubits pour l'expérience de suprématie proprement dite. Il a ajouté que les conceptions d'appareils de 30 à 50 qubits étaient déjà en cours.

IBM a répondu en novembre. Dario Gil, qui dirigeait la division de recherche en informatique quantique et intelligence artificielle d'IBM, a déclaré que l'entreprise avait construit et mesuré un prototype de processeur à 50 qubits. Selon l'Associated Press, il 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, a déclaré à l'AP que des défauts subsistaient probablement, mais il a qualifié l'annonce de signe de progrès significatif.

Le nombre de qubits ne dit pas tout

En décembre 2017, Martinis contestait la manière dont la course était rapportée. À la conférence Q2B au NASA Ames, couverte par Gizmodo, il a dit que les communiqués de presse parlent toujours de la course quantique en nombre de qubits, alors que la qualité des qubits compte autant que la quantité. Google fabriquait alors son appareil de suprématie à 49 ou 50 qubits, et les tests devaient commencer dans les deux semaines, a-t-il dit. La conférence a réuni des représentants de Volkswagen, Airbus, Citibank, Emerson et Atos, aux côtés de sociétés de capital-risque, tous venus écouter des exposés sur l'optimisation et l'apprentissage automatique. Le théoricien de Caltech John Preskill a profité de l'événement pour décrire la période actuelle comme l'ère NISQ, pour ordinateurs quantiques bruités à échelle intermédiaire.

IBM a ensuite soutenu que le domaine avait besoin d'un meilleur tableau de score que le simple décompte des qubits. À la réunion de mars 2019 de l'American Physical Society, rapporte ZDNET, IBM a déclaré que son Q System One, un processeur à 20 qubits, avait atteint un Quantum Volume de 16, soit le double du Quantum Volume de 8 enregistré par son système IBM Q précédent. Le Quantum Volume est une métrique composite qui couvre le nombre de qubits, la connectivité et le temps de cohérence. Elle tient aussi compte des erreurs de porte et de mesure, de la diaphonie de l'appareil et de l'efficacité du compilateur. IBM a dit que ce chiffre devrait doubler chaque année pour atteindre l'avantage quantique, le point où les applications quantiques offrent des avantages significatifs sur les ordinateurs classiques, dans la prochaine décennie.

Puis est venue la revendication de suprématie elle-même. Fortune a obtenu une copie d'un article de Google publié sur NASA.gov avant d'être retiré. Le 20 septembre 2019, le magazine a rapporté que l'entreprise affirmait que son processeur Sycamore à 53 qubits avait réalisé une tâche d'échantillonnage en environ 200 secondes, là où un superordinateur de pointe aurait mis environ 10 000 ans. Une source de Google a dit à Fortune que la NASA avait publié l'article tôt, avant l'examen par les pairs. Google a refusé de confirmer l'authenticité de l'article à l'époque.

Tout le monde n'a pas accepté cette présentation. Dario Gil, alors à la tête d'IBM Research, a dit à Fortune que l'expérience était un cas de laboratoire très particulier, sans applications pratiques, et que les ordinateurs quantiques travailleraient de concert avec les machines classiques plutôt que de régner sur elles. Jim Clarke, directeur du matériel quantique chez Intel Labs, a qualifié cela de jalon notable et a dit qu'un ordinateur quantique commercialement viable exigerait bien d'autres avancées de recherche et développement.

Nature a publié les travaux en octobre 2019. Le billet de blog de Google a décrit le résultat de 200 secondes comme le moment « hello world » que le domaine attendait, et a noté qu'il avait fallu 13 ans pour y arriver, en commençant par l'exploration de l'informatique quantique pour l'apprentissage automatique par Hartmut Neven en 2006. Le même billet était explicite sur les limites : il faudrait de nombreuses années avant qu'un ensemble plus large d'applications réelles puisse être mis en œuvre. Martinis avait fait une remarque similaire en 2017, disant que l'expérience serait un jalon académique et que les processeurs quantiques devraient être bien plus grands que 50 qubits pour faire un travail utile.