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Calcul quantique : la course aux qubits reste ouverte

Kevin Poireault
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Calcul quantique : la course aux qubits reste ouverte

Avec son processeur à qbits supraconducteurs, Google fait la course en tête au côté d'IBM. Mais il pourrait être détrôné par des technologies concurrentes.

© Google

Alors que les calculateurs quantiques de Google et IBM visent des applications concrètes, la course aux qubits reste largement ouverte en termes de technologies. Riche, divers et tourné vers l’industrie, l’écosystème français a de quoi faire des étincelles.

« L’année 2021 pourrait être celle de l’avantage quantique commercial. L’enjeu majeur, aujourd’hui, pour les acteurs du calcul quantique est de démontrer sa supériorité sur l’informatique classique dans des applications commerciales », affirme Christophe Jurczak, le directeur général de Quantonation. Celui qui a soutenu une thèse en 1996 sous la direction d’un grand nom français de la physique quantique, Alain Aspect, avant de mener une carrière dans la Silicon Valley, a tout intérêt à ce que son vœu se réalise : Quantonation, le fonds d’investissement dédié aux technologies de rupture qu’il a cofondé fin 2018, finance une douzaine de start-up, dont cinq françaises. « Elles ne sont pas là pour faire de la recherche, mais bien pour créer un produit qui réponde à un besoin », insiste-t-il.

L’investisseur ne s’y trompe pas. La démonstration de la « suprématie quantique » théorisée par le physicien John Preskill en 2012, soit la supériorité écrasante d’un processeur quantique sur un ordinateur classique, n’est plus la priorité. Et pour cause : elle a été réalisée par Google à l’automne 2019 avec Sycamore, sa puce à 54 bits quantiques (qubits) supraconducteurs qui a procédé à l’échantillonnage d’un circuit quantique aléatoire en deux cents secondes.

Démontrer l'avantage du quantique dans des applications réelles

« Une tâche qui prendrait dix mille ans au meilleur supercalculateur de la planète », clamait la firme de Mountain View dans un article publié sur le site de la Nasa en octobre 2019. Certes, cette annonce a fait polémique. D’abord parce qu’IBM, son grand rival dans le domaine, a rétorqué que « l’émulation de cette même tâche peut être réalisée sur un système classique en deux jours et demi ». Surtout, cette tâche n’est d’aucune utilité concrète. Pourtant, avec Sycamore, Google a fait sauter un verrou, démontrant qu’il est possible de manipuler des dizaines de qubits pour réaliser un calcul donné beaucoup, beaucoup plus vite qu’un ordinateur classique.

Depuis, la course à l’ordinateur quantique s’est accélérée. Avec un nouveau cap : la démonstration qu’il permet d’obtenir un avantage dans des applications réelles. C’est l’objectif visé par IBM, qui a dévoilé, en septembre 2020, sa feuille de route sur trois ans, lors de l’inauguration de Hummingbird (colibri), sa puce à 65 qubits supraconducteurs. Big Blue compte dépasser les 100 qubits dès 2021 et atteindre 1 221 qubits avec son processeur Condor en 2023. « Nous avons besoin d’entre 200 et 500 qubits physiques pour démontrer un avantage quantique avec un intérêt commercial », estime Olivier Hess, le responsable de l’informatique quantique chez IBM France. En novembre, la firme a refondé toute l’architecture de ses applications dédiées à la chimie moléculaire et les a intégrées dans son infrastructure logicielle Qiskit, l’une des plus utilisées pour expérimenter le calcul quantique. Google lui-même semble se concentrer sur des applications concrètes, comme en témoigne la simulation, en août 2020, d’une réaction chimique avec une version réduite de Sycamore de 12 qubits, soit le double du record accompli par IBM en 2017.

Investissements des start-up

Si les deux géants font la course en tête, il serait prématuré de les déclarer vainqueurs. Des start-up lèvent des sommes très importantes : 79 millions de dollars en 2020 pour l’américain Rigetti et son calculateur à 32 qubits, en plus des 119 millions déjà acquis ; 84 millions de dollars cumulés pour le finlandais IQM. Comme Google et IBM, toutes deux font le pari des qubits réalisés avec des supraconducteurs.

Mais d’autres technologies prétendent aussi à la réalisation des qubits. Ces équivalents quantiques des bits classiques peuvent en effet prendre la forme de bien des sortes d’objets physiques, pour peu que ces derniers expriment leurs précieuses propriétés quantiques de superposition et d’intrication. Les investisseurs misent sur des alternatives aux qubits supraconducteurs : l’américain IonQ avec son calculateur quantique à base d’ions piégés a déjà récolté 84 millions de dollars. PsiQuantum, la spin-off de l’université de Bristol, en Angleterre, aujourd’hui sise à Palo Alto, a levé 230 millions de dollars pour son calculateur à qubits photoniques. Sans compter Intel, qui planche à la fois sur les supraconducteurs et la filière silicium, et Honeywell, géant industriel arrivé plus tard dans la bataille, mais qui a sorti le H1 en octobre dernier, un calculateur quantique à 10 qubits à ions piégés, « de la meilleure qualité à l’heure actuelle », reconnaît Denise Ruffner, la vice-présidente d’IonQ. D-Wave, enfin, électron libre et pionnier, dont la technologie adiabatique n’est pas toujours considérée comme complètement quantique, a déjà plus de 200 millions de dollars de financement à son actif et vient de dévoiler l’Advantage, une machine à plus de 5 000 qubits.

Atteindre la mise à l’échelle

« Contrairement aux autres machines quantiques, le processeur de D-Wave n’utilise pas la programmation à portes quantiques universelles, mais le recuit quantique. C’est-à-dire qu’on relie les qubits avec des poids pour trouver un état énergétique minimum d’un système – un peu comme des réseaux de neurones », détaille Olivier Ezratty, auteur du livre en[…]

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