L'ambitieux plan d'ordinateur quantique d'un million de qubits d'IBM

IBM, l’une des plus anciennes entreprises technologiques au monde, construit un réfrigérateur. En soi, cela n’est pas sans précédent. D'autres entreprises technologiques ont construit des réfrigérateurs avant. LG vend l'impressionnant réfrigérateur intelligent LG InstaView Door-in-Door connecté au Wi-Fi. Samsung, un autre fabricant mondial d'appareils, fabrique l'excellent RF23J9011SR 4 portes Flex avec fonction Power Cool.

Mais le frigo d’IBM (encore en développement) est différent. Très différent, en fait. Ce sera énorme pour une chose: 10 pieds de haut et 6 pieds de large. Il fera également un froid inimaginable, environ 15 millikelvins, ou -459 Fahrenheit, ce qui est plus froid que l'espace. Il porte également le nom d’un film de James Bond, Goldeneye.

Cependant, la plus grande différence entre celui-ci et votre réfrigérateur de cuisine ordinaire réside dans son contenu prévu. Ne vous attendez pas à un porte-œufs intégré, à des bacs à légumes et à de l'espace pour votre lait de poule de saison. Au lieu de cela, il abritera le premier ordinateur quantique d’un million de qubits au monde – une fois qu’il sera également construit.

« Pour que les effets quantiques émergent, les [ordinateurs quantiques] doivent être refroidis à des températures extrêmement basses. » Jerry Chow, directeur du développement de systèmes matériels quantiques chez IBM, a déclaré à Digital Trends. « En fait, toute l’infrastructure qui entoure, même le processeur lui-même, nécessite une bonne quantité de refroidissement, surtout lorsque vous l’étendez, n’est-ce pas ?

C'est ce processus de mise à l'échelle qui a conduit Chow et son équipe à la conclusion incontournable qu'IBM vraiment nécessaire pour se lancer dans le secteur de la réfrigération – du moins en ce qui concerne son propre quantum des ordinateurs. D’une part, il existe une limite à la capacité de refroidissement actuelle. Il y a ensuite des problèmes liés au maintien de l’intégrité du vide et à l’équilibrage du poids des différents composants nécessaires au refroidissement. L'informaticien Alan Kay a dit un jour que les entreprises sérieuses en matière de logiciels devraient également construire leur propre matériel. L’équivalent quantique de cela devrait peut-être être que l’entreprise qui s’intéresse sérieusement à l’informatique quantique devrait non seulement construire son propre ordinateur quantique, mais aussi son propre réfrigérateur pour l’héberger.

« Si nous procédons simplement à une mise à l'échelle en profondeur, vous commencerez à constater qu'à un moment donné, ce que vous pouvez obtenir des fournisseurs commerciaux est insuffisant », a déclaré Chow. « Vous devez commencer à réfléchir à la manière dont vous allez au-delà de cela? »

Qu’est-ce qui rend l’informatique quantique si différente et si attrayante ?

Le super réfrigérateur d’IBM est, à un certain niveau, une fausse piste. C’est un peu comme construire un nouveau garage chic pour la Tesla que vous faites livrer. Bien sûr, cette porte de garage télécommandée sophistiquée que vous avez installée est excitante, mais ce n'est pas le cas. le peu passionnant. Dans cette analogie, la nouvelle Tesla Model S ou Cybertruck est le quantum d’un million de qubits prévu par IBM. Et, à condition qu’IBM puisse le construire comme prévu, ce sera un véritable casse-tête, plus que digne du réfrigérateur le plus sophistiqué au monde.

Les ordinateurs quantiques ont été proposés pour la première fois dans les années 1980 par le physicien américain Paul Benioff, bien que la mécanique quantique sur laquelle ils reposent remonte à jusque dans les années 1920, lorsque les physiciens ont commencé à remarquer que certaines expériences ne produisaient pas les résultats qu'ils avaient prédits en utilisant leur compréhension actuelle des sciences. la physique. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin et d'autres se sont emparés de l'idée d'un modèle mécanique quantique d'une machine de Turing, suggérant qu'un ordinateur quantique pourrait être utilisé pour simuler des choses qui ne peuvent tout simplement pas être simulées par un ordinateur classique utilisant des méthodes classiques. la physique. En 1994, Dan Simon démontrait qu'un ordinateur quantique pouvait être exponentiellement plus rapide qu'un ordinateur classique.

L’une des grandes différences avec le quantique réside dans le concept de superposition. Un ordinateur classique peut être soit dans un état A, soit dans un état B (ou, en termes binaires, un ou zéro). Un ordinateur quantique peut être un mélange des deux. (C'est le Expérience de pensée du chat de Schrödinger dans lequel un chat dans une boîte peut être soit vivant, soit mort, ou à la fois vivant et mort simultanément.) Ensuite, il existe d'autres concepts comme l'effondrement, l'incertitude et l'intrication, qui rendent les ordinateurs quantiques très différents de ceux que vous et moi avons grandis sur.

De la même manière qu’un ordinateur classique fonctionne sur des bits, les ordinateurs quantiques fonctionnent sur ce que l’on appelle des qubits. À l’heure actuelle, le plus grand ordinateur quantique d’IBM possède 65 qubits. D’ici 2023, il souhaite en construire un avec 1 000 qubits. Et quelque temps après – une date à laquelle l’entreprise ne s’engagera pas, mais qui figure certainement sur sa feuille de route – elle construira une machine d’un million de qubits.

Passer de 65 qubits à un million de qubits est un véritable saut. Mais l’informatique, même classique, s’avère plutôt efficace lorsqu’il s’agit de sauts exponentiels. La loi de Moore indique que le nombre de transistors pouvant être montés sur un circuit imprimé double environ tous les deux ans. Ce qui se rapproche le plus de la loi de Moore dans le domaine quantique est ce que l’on appelle la loi de Rose, formulée par Geordie Rose en 2002. La loi de Rose stipule que le nombre de qubits dans un ordinateur quantique double tous les deux ans.

Comparées à la loi de Moore, les implications de la loi de Rose sont sans doute encore plus profondes car, comme l’observent Peter Diamandis et Steven Kotler dans leur livre L’avenir est plus rapide que vous ne le pensez: comment les technologies convergentes transforment les entreprises, les industries et nos vies, les qubits en superposition ont bien plus de puissance que les bits binaires des transistors.

Parce que « plus » n’est pas toujours synonyme de « mieux », l’une des modifications conceptuelles apportées par IBM à cette notion repose sur le concept plus nuancé de ce qu’IBM appelle le volume quantique. "Il ne s'agit pas seulement d'augmenter le nombre physique de qubits", a déclaré Chow. « En fin de compte, il s’agit à la fois du nombre de qubits et de leurs performances; quelle taille de circuit pouvez-vous réellement exécuter sur ce matériel avant que les qubits ne se décohèrent et que vos informations quantiques ne disparaissent. Le volume quantique est une telle mesure.

À quoi s'attendre lorsque vous attendez des ordinateurs quantiques

"Tout ce que nous appelons réel", a déclaré Niels Bohr, l'un des fondateurs de la mécanique quantique, "est constitué de choses qui ne peuvent pas être considérées comme réelles". Étant donné le principe de la superposition quantique, il est peut-être approprié que les ordinateurs quantiques existent aujourd'hui dans un étrange monde crépusculaire d'ici et non ici. IBM n'est que l'une des sociétés à avoir construit des ordinateurs quantiques fonctionnels (Google, Baidu et Amazon sont quelques-uns des autres grands noms). les algorithmes quantiques aussi – dans certains cas, ceux qui ne peuvent pas encore être exécutés efficacement sur les ordinateurs quantiques construits par les gens.

Et pourtant, malgré toutes les preuves de concepts et les raisons d’enthousiasme, il est juste de dire que le monde n’est pas encore sur le point d’exploiter l’énorme puissance de l’informatique quantique. "Ce que [l'informatique quantique] implique en termes d'applications réelles n'est pas encore entièrement connu", a déclaré Chow.

Certains des cas d'utilisation potentiels les plus passionnants, qu'il s'agisse de chimie informatique, de finance la modélisation, la cybersécurité et la crypto-monnaie, ou les prévisions avancées – restent des fantômes dans le quantum machine. Pour l’instant, du moins.

Pourquoi IBM se concentre-t-il sur le calcul quantique? "Nous nous concentrons sur la manière dont nous pouvons créer l'avenir du calcul", a déclaré Chow. Le quantique est un élément incontournable de cet avenir.

L’informatique quantique est l’un des trois grands paris d’IBM pour l’avenir. Cette sainte trinité des technologies du futur est composée de l’informatique quantique, de l’intelligence artificielle et du cloud. Mais ce ne sont pas des paris individuels comme ce serait le cas si vous investissiez votre épargne dans trois startups prometteuses, croyant que l’un des trois a la chance de devenir une licorne qui fera plus que compenser les pertes subies par le deux autres.

Le quantique, par exemple, pourrait changer la donne pour l’IA. Il ne fait aucun doute que l’intelligence artificielle – et plus particulièrement apprentissage automatique - a bénéficié d'avancées étonnantes grâce à l'architecture informatique classique. Mais le quantum promet d’accélérer encore plus les choses. Des versions quantiques des algorithmes d'apprentissage automatique actuels (ou, plus probablement, des versions entièrement nouvelles, beaucoup plus rapides) alternatives) seront capables de réaliser d’énormes projets d’IA basés sur les données. calculs à un rythme nettement plus rapide taux. Ils seront capables de gérer le nombre ahurissant de dimensions issues des données et de les cartographier dans le vaste espace des fonctionnalités quantiques. L’intrication quantique pourrait être utilisée pour découvrir de nouveaux modèles qui ne peuvent pas être découverts avec l’informatique classique traditionnelle.

Flottant sur le nuage quantique

Le cloud est également un élément fondamental du pari quantique d’IBM. D'une manière générale, la progression populaire de l'informatique classique était une transition des gros ordinateurs aux mini-ordinateurs et aux ordinateurs personnels. Dans les années 1950, les gens n’avaient accès à d’énormes ordinateurs que dans de grandes pièces climatisées. À la fin des années 1970 et dans les années 1980, les gens possédaient des ordinateurs chez eux. Dans les années 1990, les gens disposaient d’ordinateurs portables qu’ils pouvaient emporter dans leurs sacs. Aujourd’hui, nous avons des ordinateurs sous forme de smartphones que nous transportons dans nos poches.

Il semble peu probable que les ordinateurs quantiques connaissent le même changement de facteur de forme en raison des exigences (telles qu'un refroidissement extrême) d'un ordinateur quantique.

"En ce qui concerne [avoir un ordinateur quantique physique] sur votre bureau, je me trompe peut-être, mais je ne suis pas sûr que ce soit le cas", a déclaré Chow. "La plupart des systèmes que vous construisez et qui nécessitent ce niveau de cohérence quantique, qu'il s'agisse d'un système supraconducteur, ou des ions piégés, tous nécessitent une bonne infrastructure pour que vous puissiez les maintenir - et surtout à mesure que vous évoluez en haut."

Mais c’est là que la perturbation du cloud computing entre en scène. Le cloud computing signifie que les utilisateurs ont accès aux capacités des superordinateurs, qu'ils se trouvent ou non dans le même voisinage physique. La puissance de calcul ou le stockage ne se limitent plus au matériel disponible sur votre bureau comme c'était le cas il y a 20 ans.

"Aujourd'hui, beaucoup de choses se font sur le cloud [et] les gens ne le remarquent même pas", a déclaré Chow. « Combien de fois les gens se rendent-ils compte que quelque chose n’est pas traité par eux-mêmes? ordinateurs portables ou sur leur propre téléphone, mais ailleurs? C’est ainsi que va fonctionner le quantum sur le cloud.

C'est, dans une certaine mesure, à quel point l'informatique quantique est déjà fonctionnement. En mai 2016, IBM a lancé son Expérience quantique, un processeur quantique de cinq qubits et un simulateur de correspondance connecté qui permet aux utilisateurs de réaliser des expériences sur un système informatique quantique. À ce jour, IBM Quantum a déployé 32 processeurs quantiques sur le cloud, avec plus de 280 000 utilisateurs dans le monde exécutant collectivement plus d'un milliard de circuits quantiques par jour. À mesure que des ordinateurs quantiques plus puissants seront disponibles, ceux-ci seront également accessibles aux utilisateurs via le cloud.

"Vous allez rencontrer des problèmes qui seront naturellement résolus en utilisant les meilleures techniques que nous connaissons dans les ordinateurs traditionnels", a déclaré Chow. "Mais il y a aussi des parties de ces problèmes qui sont trop complexes à résoudre [même avec des systèmes informatiques hautes performances] aujourd'hui et qui pourraient convenir aux ordinateurs quantiques."

Non, vous n’exécuterez pas votre feuille de calcul Excel sur un ordinateur quantique de si tôt (voire jamais). Les ordinateurs classiques peuvent très bien exécuter Excel. Mais certaines parties des applications pourraient certainement exploiter les capacités quantiques, que ce soit pour des choses comme le chiffrement ou un meilleur apprentissage automatique. Il pourrait même y avoir des exemples plus fascinants et frivoles. Par exemple, James Wooton, un autre ingénieur IBM, utilise l'informatique quantique pour faire génération de terrain aléatoire dans les jeux informatiques. Avez-vous déjà rêvé d'un jeu qui pourrait se reconfigurer totalement à chaque fois que vous jouez à un degré inimaginable? Quantique est votre réponse.

Le modèle hybride

"C'est ce que nous entendons par modèle informatique de cloud hybride", a déclaré Chow. « Votre charge de travail problématique sera transmise à un ordinateur et les bonnes parties iront à un ordinateur classique et les autres parties à un ordinateur quantique. Une solution apparaît alors. C’est l’image que vous pouvez imaginer dans le futur. [Quantum is] ne remplace pas [les ordinateurs classiques], mais ils fonctionneront certainement main dans la main.

IBM ne s'engagera pas sur la date exacte à laquelle il livrera son ordinateur à un million de qubits – ni, d'ailleurs, sur la date à laquelle son réfrigérateur Goldeneye sera terminé. Mais il est assez clair sur sa conviction que l’informatique quantique va changer la donne.

Dans un article écrit pour le blog d'IBM plus tôt cette année, Jay Gambetta, membre d'IBM et vice-président de l'informatique quantique, a comparé la prochaine génération d'ordinateurs quantiques IBM aux missions Apollo qui ont abouti à l'alunissage. C’est toute une comparaison. Cela peut aussi être exact.

Ici en 2020, avec la perspective d'un atterrissage sur la nouvelle lune Bien plus proche qu’elle ne l’a été depuis des décennies, cela semble être une comparaison bien plus optimiste qu’elle ne l’aurait été il y a seulement quelques années. Cela devrait valoir la peine d'attendre.

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