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Miser sur le qubit, le bon calcul ?

Miser sur le qubit, le bon calcul ?

Par G.H.

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2 octobre 2019

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fren

Avez-vous déjà entendu parler de qubit, d'ordinateurs et d'ordinateurs quantiques ? Si oui, vous êtes à l'heure. Si ce n'est pas le cas, vous devrez prendre la chose au sérieux, car leur déploiement commercial est en cours.


Certains y voient la fin de la chaîne de blocage, d'autres y voient une poule aux oeufs d'or ou simplement un moyen de dépasser les limites de l'informatique conventionnelle. Tout semble finalement indiquer que Google serait sur la voie de la suprématie quantique.


Le bit qubit ou bit quantique


C'est ce que le qubit provoque sur son chemin. IBM, Intel, Microsoft, tous rêvent au moins de l'apprivoiser et d'avancer sur cette technologie. Mais qu'est-ce que le qubit exactement ? En quoi consiste-t-il ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients ? Et quelles sont ses opportunités commerciales aujourd'hui ? La prévision de l'IA a donc abordé le sujet et vous apporte quelques premières réponses.

Premièrement, le qubit, pour bit quantique, est un état quantique qui représente l'unité de stockage de l'information quantique. Utilisé comme valeur dans l'informatique quantique, qui vise à utiliser les lois de la physique quantique telles que l'enchevêtrement ou la superposition pour effectuer des calculs plus rapides, le qubit est différent du bit, une unité d'information binaire (0 ou 1) utilisée en informatique telle que nous la connaissons plus précisément de nos jours.


Le qubit est plus puissant que le bit


Un bit ne peut donc prendre qu'un seul état, et un seul, à la fois, pour choisir entre deux valeurs telles que "0" et "1". Le qubit diffère du bit en ce qu'il consiste en une superposition de deux états de base tels que "0" et "1". En résumé, la puissance des qubits est exponentielle et peut permettre de traiter une opération beaucoup plus rapidement qu'un système informatique binaire.


Et pour une bonne raison, il faudrait quatre opérations avec un ordinateur conventionnel contre une seule avec un ordinateur quantique pour une opération avec deux bits. L'ordinateur quantique traitera toutes les opérations en même temps grâce à la superposition d'états (2²). Un ordinateur binaire devra décomposer toutes les opérations une par une puisque le bit ne peut être qu'un état à la fois (donc 00, ou 01, ou 10, ou 11 pour une opération avec deux bits). Quatre opérations simultanées contre une, il va sans dire que vous connaissez déjà le vainqueur en termes de vitesse d'exécution.


Puissant mais instable, le qubit....


Bien sûr, je vous vois venir.... Qu'attendons-nous pour passer de l'informatique binaire à l'informatique quantique ? Le qubit a un pouvoir exponentiel naturel, mais il a aussi des limites importantes.

Profitant des lois de la physique quantique, le qubit n'a pas été en mesure de surmonter certains des pièges sur lesquels de nombreux scientifiques travaillent actuellement. Les bulles restent des éléments instables extrêmement sensibles aux variations environnementales. Ce phénomène est appelé décohérence. Il arrête simplement l'état de superposition des qubits et met ainsi fin rapidement aux calculs effectués.


Qubit vs cryptographie


Une variation simple et infime de la température ou de la lumière, l'interférence magnétique peut précipiter sa "chute". La taille des machines ou le théorème de l'impossibilité du clonage quantique sont d'autres inconvénients à ajouter à la décohérence même si la puissance de calcul et la confidentialité des échanges augmentent (un qubit ne peut être ni lu ni dupliqué sans fixer sa forme).

Et puis l'avènement de l'informatique quantique risque de remettre en question même la discipline de la cryptographie. La chaîne de blocs utilise, par exemple, des clés RSA et AES qui peuvent être cassées par l'algorithme de Schor et Grover. Impossible parce que cela prend trop de temps à faire avec un supercalculateur binaire, mais cette tâche pourrait être confiée à un ordinateur quantique qui casserait les systèmes. Le système de sécurité que nous connaissons aujourd'hui serait bouleversé par cette situation, mais pourrait aussi profiter des ordinateurs quantiques pour générer des clés toujours plus grandes et plus longues à déchiffrer.


Suprématie quantique ?


Jusqu'à ce que l'informatique quantique arrive à la maison de la même manière que l'informatique conventionnelle le fait aujourd'hui, et ce ne sera pas le cas tant que nous n'aurons pas réussi à stabiliser la cohérence d'un qubit dans le temps, certains pays et entreprises s'appuient fortement sur cette technologie, visant même la primauté quantique. Mais qu'est-ce que la suprématie quantique ?

Cette expression pourrait se résumer ainsi : prouver qu'un processeur quantique résoudrait une série de calculs informatiques que même les supercalculateurs les plus puissants du monde ne pourraient réaliser en 10 000 ans ! Google aurait-il réussi ce pari fou et fou ? Le vendredi 20 septembre, le Financial Times a publié ces informations après la publication d'un article de chercheurs de Google sur le site Web de la NASA, qui a ensuite été retiré. Et depuis lors, de nombreux exemplaires de cet article ont été diffusés sur Internet et les médias se sont empressés de s'approprier cette information.


Sycamore, la calculatrice quantique de Google


Pour réaliser un tel exploit, selon les informations lues ici et là, Google aurait utilisé un ordinateur quantique appelé Sycamore. La bête aurait plus de 50 qubits (54 pour être exact, dont 53 effectivement utilisés). Sa spécialité (parce que les ordinateurs quantiques aiment avoir une spécialité....) ? Simulation du comportement d'un arrangement aléatoire de circuits quantiques.


Mais ça n'a pas d'importance ! Parce que de telles informations sont belles et toujours à confirmer ou à nier et ni Google ni la NASA, qui auraient au mieux brisé un embargo par maladresse, n'ont jusqu'à présent souhaité répondre aux demandes des journalistes qui viennent.

L'annonce de la suprématie quantique de Google constituerait toujours un grand pas en avant pour la société Mountain View et lui donnerait un net avantage sur ses concurrents en offrant les machines les plus rapides du marché en termes de calculs. Capable de calculer l'incalculable ! Il ne fait aucun doute qu'IBM pourrait également y parvenir dans un avenir proche, mais être leader dans un secteur aussi avancé, technologique et à forte valeur ajoutée que l'informatique quantique vous offre crédibilité, légitimité et notoriété auprès de vos prospects et clients.

Mais cet avantage, qui est un avantage lorsqu'il s'agit de proposer à la vente une puissance de calcul jamais vue auparavant, n'est pas encore décisif. En effet, la décohérence quantique et l'ultra-sensibilité des qubits à leur environnement font qu'il est presque impossible de faire fonctionner des ordinateurs avec un grand nombre de qubits intégrés ou, évidemment, de vendre des ordinateurs quantiques à un grand public.


IBM, un ordinateur quantique disponible sur le cloud....


Si l'on exclut les maisons et la commercialisation auprès du grand public pendant un certain temps encore, l'informatique quantique fait maintenant son entrée dans le nuage. Alors que Google veut atteindre et se concentrer sur la suprématie quantique, IBM a probablement voulu être plus pragmatique en fournissant un ordinateur quantique puissant de 53 qubits sur le cloud. Bientôt en service, cet ordinateur pourrait résoudre de nouveaux problèmes et enchanter les meilleurs prévisionnistes grâce à sa puissance de calcul.

Vue intérieure d'un ordinateur quantique IBM.
L'un cherche à atteindre la suprématie quantique pour impressionner son monde, l'autre à battre ses concurrents pour proposer à ses clients des innovations révolutionnaires. Bien sûr, derrière ces actions, les deux géants américains sont engagés dans une véritable guerre commerciale.

Et IBM a peut-être pris une longueur d'avance sur Google en proposant déjà son ordinateur dans le nuage. Financièrement inaccessible, même pour les plus grandes entreprises, car difficile à installer et à exploiter, et donc rare, l'ordinateur quantique n'inondera pas le marché au départ. Ainsi, offrir un tel service à la location à ses clients est probablement la meilleure option possible. C'est ce qu'IBM a finalement fait avant Google.

Mais qui aimerait ça ? Quelles seraient les opportunités commerciales pour un supercalculateur quantique ? Vous n'y pensez peut-être pas, mais bien sûr Google et IBM ont déjà leurs idées !


Quelles applications pour l'informatique quantique ?


Une telle puissance de calcul ne laissera évidemment pas les prévisionnistes de toutes parts indifférents. Un pouvoir exponentiel naturel. L'industrie pharmaceutique ne s'opposerait pas à son utilisation dans ses recherches. Enfin, d'autres clients potentiels sont les marchés publics, les administrations et d'autres villes qui doivent gérer des réseaux routiers, de transport public ou de communication, par exemple les compagnies d'assurance, les banques et les marchés financiers qui dépendent des prévisions et craignent pour leur sécurité numérique. Sans parler des supermarchés, bien sûr, qui dépendent des prévisions de ventes ou de stocks.

En d'autres termes, il existe de nombreuses possibilités, sinon juteuses, pour ceux qui réussiront à réussir sur le marché de l'informatique quantique. Google et IBM l'ont bien compris et ont été les premiers à dessiner avec leurs puissantes ressources. Mais, sans aucun doute, d'autres voudront aussi leur part du gâteau et s'inviteront dans cette course folle.