Les ordinateurs quantiques sont capables de résoudre certains problèmes plus rapidement que n’importe quel ordinateur classique, mais aucun de ces problèmes n’a d’utilité pratique. Google espèrent changer la donne : l'entreprise s'est associé à GESDA (Geneva Science and Diplomacy Anticipator) et XPRIZE pour stimuler l'innovation dans les technologies quantiques via un concours pour trouver des applications quantiques qui pourraient bénéficier à la société. À la clé, 5 millions de dollars.Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?
Un ordinateur quantique est un ordinateur qui utilise les phénomènes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. À petite échelle, la matière physique présente des propriétés à la fois de particules et d’ondes, et l’informatique quantique exploite ce comportement, notamment la superposition et l’intrication quantiques, en utilisant du matériel spécialisé qui permet de préparer et de manipuler des états quantiques.
L’unité de base de l’information dans l’informatique quantique est le qubit, analogue au bit dans l’électronique numérique classique. Contrairement à un bit classique, un qubit peut exister dans une superposition de ses deux états de base. Lorsqu’on mesure un qubit, le résultat est une sortie probabiliste d’un bit classique, ce qui rend les ordinateurs quantiques non déterministes en général. Si un ordinateur quantique manipule le qubit d’une manière particulière, les effets d’interférence des ondes peuvent amplifier les résultats de mesure souhaités.
La conception des algorithmes quantiques implique de créer des procédures qui permettent à un ordinateur quantique d’effectuer des calculs efficacement et rapidement.
Applications potentielles
Les ordinateurs quantiques ont un énorme potentiel pour aider à résoudre des défis sociétaux. Par exemple, dans des recherches récentes, Google a montré comment les ordinateurs quantiques pourraient être utilisés pour accélérer le développement de médicaments, concevoir de nouveaux matériaux pour les batteries, ou ingénier des réacteurs à fusion plus efficaces.
Cependant, la plupart des algorithmes quantiques ont été étudiés principalement dans le contexte de problèmes mathématiques abstraits. Moins de travail a été consacré à évaluer ces algorithmes pour des cas d’usage réels et spécifiques. De même, beaucoup moins d’efforts ont été déployés pour quantifier la taille d’un ordinateur quantique nécessaire pour obtenir un avantage quantique décisif sur le calcul classique dans de tels problèmes.
Alors que la physique classique ne peut pas expliquer le fonctionnement de ces dispositifs quantiques, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait effectuer certains calculs exponentiellement plus rapidement (en fonction de la taille de l’entrée) que tout ordinateur classique moderne. En particulier, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait casser les schémas de cryptage largement utilisés et aider les physiciens à réaliser des simulations physiques ; cependant, l’état de l’art actuel est largement expérimental et peu pratique, avec plusieurs obstacles aux applications utiles. De plus, les ordinateurs quantiques à grande échelle ne sont pas prometteurs pour de nombreuses tâches pratiques, et pour de nombreuses tâches importantes, les accélérations quantiques sont prouvées impossibles.
Vient alors Google et son prix de 5 millions de dollars
Google et la Fondation XPRIZE, en partenariat avec la Fondation Geneva Science and Diplomacy Anticipator (GESDA), lancent un prix de 5 millions de dollars pour catalyser le développement de technologies quantiques et à adresser certains des défis mondiaux les plus pressants.
Nous savons déjà que les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des tâches spécifiques plus rapidement que les ordinateurs classiques, après que Google ait revendiqué pour la première fois l'avantage quantique de son processeur Sycamore en 2019. Cependant, ces tâches de démonstration sont de simples références sans applications réelles.
« Il existe de nombreux problèmes mathématiques plutôt abstraits dans lesquels nous pouvons prouver que les ordinateurs quantiques permettent d'obtenir des accélérations très, très importantes », explique Ryan Babbush de Google. « Mais une grande partie de la communauté des chercheurs s'est moins concentrée sur la tentative de faire correspondre ces accélérations quantiques plus abstraites à des applications spécifiques du monde réel, et sur la manière dont les ordinateurs quantiques pourraient être utilisés ».
À cette fin, Google et la Fondation XPRIZE exhortent les chercheurs à proposer de nouveaux algorithmes quantiques dans le cadre d’un concours de trois ans. Les algorithmes gagnants pourraient résoudre un problème existant, comme trouver un nouvel électrolyte de batterie qui améliore considérablement la capacité de stockage, mais il n’est pas nécessaire qu’ils résolvent le problème dans la pratique, explique Babbush. Au lieu de cela, les chercheurs doivent simplement montrer comment un algorithme pourrait être appliqué, en détaillant les spécifications exactes requises pour l’informatique quantique. Alternativement, les concurrents pourraient montrer comment un algorithme quantique existant pourrait être appliqué à un problème du monde réel non envisagé auparavant.
Le prix jugera les algorithmes des participants sur une série de critères, tels que l'ampleur de leur impact potentiel, s'ils s'attaquent à des problèmes similaires à ceux décrits dans les objectifs de développement durable des Nations Unies et dans quelle mesure ils peuvent être exécutés sur des machines disponibles, maintenant ou dans un futur proche.
Un montant total de 5 millions de dollars sera divisé en un grand prix de 3 millions de dollars partagé entre trois gagnants maximum, 1 million de dollars partagé entre cinq finalistes au maximum et 50 000 dollars pour chacun des 20 demi-finalistes.
« Nous devons trouver quoi faire avec un ordinateur quantique »
Le prix pourrait aider les chercheurs en informatique quantique à déplacer leur attention des définitions techniques de l'avantage quantique, comme celles démontrées par Google ou IBM, vers des utilisations concrètes, explique Nicolás Quesada de l'École polytechnique de Montréal au Canada. «[L'objectif du prix est] de mettre clairement en évidence qu'il s'agit d'un problème très important», déclare Quesada. « Nous devons trouver quoi faire avec un ordinateur quantique ».
Cependant, pour trouver des algorithmes quantiques socialement bénéfiques, il faudra mieux comprendre le fonctionnement des ordinateurs quantiques, notamment la manière de gérer le bruit et les erreurs, explique Bill Fefferman de l'Université de Chicago. Le prix n’aborde pas cet aspect fondamental de la construction d’ordinateurs quantiques, dit-il.
« En principe, je suis très optimiste quant au fait que nous trouverons des algorithmes vraiment utiles", a déclaré Fefferman. "Je ne suis pas aussi optimiste quant au fait que, dans les trois prochaines années, nous serons en mesure de découvrir ces algorithmes et ensuite de les mettre en œuvre sur le matériel actuel qui existera ».
Des capacités réelles des ordinateurs quantiques exagérées ?
L'informatique quantique est annoncée comme l'une des prochaines grandes révolutions de l'industrie technologique. Les ordinateurs quantiques sont présentés comme une solution à un large éventail de problèmes, tels que la modélisation financière, l'optimisation de la logistique et l'accélération de l'apprentissage automatique. Certains des calendriers les plus ambitieux proposés par les entreprises d'informatique quantique suggèrent que ces machines pourraient avoir un impact sur les problèmes du monde réel dans quelques années seulement. Des acteurs tels qu'IBM et Google déploient des efforts considérables pour voir émerger cette technologie.
Toutefois, de plus en plus de voix s'élèvent contre ce que beaucoup considèrent comme des attentes irréalistes à l'égard de cette technologie. Victor Galitski, physicien russo-américain et théoricien dans les domaines de la physique de la matière condensée et de la physique quantique, déclarait déjà en 2021 que les médias exagèrent les capacités des ordinateurs quantiques. Il estime aussi que les entreprises naissantes dans le domaine essaieraient juste de profiter de la manne quantique pendant qu'elle dure. Galitski avait même déclaré que les investisseurs dans les entreprises d'informatique quantique étaient victimes d'un schéma de Ponzi intellectuel.
Plus récemment, d'autres experts se sont aussi prononcés sur la question. Yann LeCun, pionnier de l'IA et lauréat du prix Turing 2018, a déclaré que la technologie est un sujet scientifique fascinant. Néanmoins, le chercheur en IA a ajouté qu'il est sceptique quant à la possibilité de fabriquer des ordinateurs quantiques qui soient réellement utiles. LeCun n'est pas un expert de l'informatique quantique ; il dirige le laboratoire dédié à la recherche en IA chez Meta (Facebook Artificial Intelligence Research - FAIR). Mais sa position reflète celle de nombreuses personnalités de premier plan dans ce domaine qui appellent également à la prudence.
Oskar Painter, responsable du matériel quantique chez Amazon Web Services (AWS), affirme qu'il y a actuellement « un énorme battage médiatique » dans l'industrie et qu'il peut être difficile de faire le tri entre ce qui est optimiste et ce qui est complètement irréaliste. En mai, Matthias Troyer, chercheur technique chez Microsoft qui dirige les efforts de l'entreprise en matière d'informatique quantique, a cosigné un article dans "Communications of the ACM" suggérant que le nombre d'applications pour lesquelles les ordinateurs quantiques pourraient apporter un avantage significatif est beaucoup plus limité que ce que certains auraient voulu faire croire.
Sources : XPRIZE, lignes directrices du projet
Et vous ?
Quelle est votre opinion sur le prix de Google et XPRIZE pour trouver des applications quantiques ? Pensez-vous que les ordinateurs quantiques auront un impact positif ou négatif sur la société ? Quels sont les domaines ou les problèmes que vous aimeriez voir résolus par les ordinateurs quantiques ? Quels sont les défis ou les risques liés au développement des ordinateurs quantiques ? Avez-vous déjà utilisé ou testé un ordinateur quantique ou un simulateur quantique ? Si oui, quelle a été votre expérience ? Si non, pourquoi pas ?Voir aussi :
L'informatique quantique est confrontée à une réalité dure et froide : les experts affirment que le battage médiatique est omniprésent et que les applications pratiques sont encore loin