Google travaille depuis des années sur l'informatique quantique. En mars, il a présenté un processeur, Bristlecone, qui vise améliorer la fiabilité et la stabilité des calculs impliquant un grand nombre de qubits. Ce faisant, Google cherche à se rapprocher de la « suprématie quantique ».

Dans le domaine de l’informatique quantique, Intel investit des dizaines de millions de dollars et enregistre des avancées notables, en particulier sur la stabilité et la fiabilité des calculs, grâce à l’invention d’une technique innovante pour la conception des processeurs quantiques. Mais le spécialiste du CPU a de la concurrence : Google, par exemple, est aussi impliqué dans ce domaine.

L’entreprise vient d’ailleurs de se faire remarquer au cours d’une conférence à Los Angeles, qui réunissait la Société américaine de physique début mars. En effet, il a été présenté à cette occasion un processeur particulier, nommé Bristlecone, qui repose sur la technologie permettant de faire fonctionner une puce à 9 qubits, mais qui a été étendue à un environnement de 72 qubits.

Google a retenu cette base car celle-ci a prouvé son faible taux d’erreur, qu’il s’agisse de la lecture (1 % d’erreur) et des portes quantiques à un (0,1 %) ou deux (0,6 %) qubits. Dès lors, Bristlecone constitue un banc d’essai prometteur « pour la recherche sur les taux d’erreur système et l’évolutivité de notre technologie qubit, ainsi que sur les applications de simulation quantique, d’optimisation et d’apprentissage automatique », juge la firme de Mountain View.

Le processeur quantique de Google, Bristlecone.

Quête du qubit fiable

Ce qu’on appelle qubit, c’est le bit quantique. Sa particularité est de pouvoir connaître de multiples états simultanés, ce qui pourrait accroître considérablement les capacités de l’informatique, grâce à la mise en parallèle des calculs. En comparaison, un bit classique ne peut connaître que deux états, zéro ou un. Le problème, c’est que la maîtrise des qubits nécessite de dompter leur défaillance.

Si la recherche fondamentale en informatique y parvient, alors les portes débouchant sur une puissance de calcul gigantesque seront grandes ouvertes. Certains secteurs, que ce soit l’intelligence artificielle, la simulation, la modélisation ou le traitement de très grosses quantités de données, apprécieraient de changer de braquet, c’est-à-dire délaisser l’informatique du 20ème siècle pour basculer dans celle du 21ème.

Bristlecone doit participer à cet effort. « Nous avons choisi un appareil de cette taille pour pouvoir démontrer la suprématie quantique dans le futur », écrit Google, en référence au seuil à partir duquel les calculs opérés par une machine quantique ne peuvent plus être opérés par un ordinateur classique. Un objectif que Google poursuit depuis 2016 et qu’il évalue à 50 qubits.

Augmenter les qubits tout en limitant les erreurs.

Suprématie quantique

Pour évaluer ce seuil, les scientifiques employés par l’entreprise américaine, qui ont publié un papier de recherche à ce sujet, ont mobilisé l’un des plus puissants supercalculateurs de l’époque, Edison, pour simuler des grilles de qubits. Ils ont démarré par une grille de 6×4 qubits, ce qui a demandé à peine 268 Mo de mémoire. Mais en augmentant la dimension de cette grille, des limites ont rapidement été atteintes.

En simulant une grille de 6×7 qubits, la mémoire requise s’est élevée à 70 To, soit 10 000 ordinateurs haut de gamme. Monter d’un cran aurait requis 2 252 Po de mémoire, c’est-à-dire le double du plus puissant des supercalculateurs de l’époque. En comparaison, le centre de calcul du CERN a franchi les 200 Po en 2017. Et il sert notamment pour le Grand collisionneur de hadrons.

La « suprématie quantique », ou quand les calculs deviennent inaccessibles aux ordinateurs classiques

On devine donc que Bristlecone se place très au-dessus du seuil évalué par Google pour attester de la suprématie quantique. Toutefois, ce processeur est surtout là pour plancher sur la résolution des erreurs et le développement d’algorithmes quantiques capables de servir sur du matériel existant. Pour Google, la suprématie quantique sera possible à 49 qubits, à condition que le taux d’erreur soit inférieur à 0,5 %.

On n’en est pas encore là. Si Google dit être « prudemment optimiste sur le fait que la suprématie quantique puisse être atteinte avec Bristlecone », l’entreprise admet aussi que personne pour l’instant n’a encore atteint cet objectif de manière durable.

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