Il n'est pas surprenant que l'informatique quantique soit devenue une obsession médiatique. Un ordinateur quantique fonctionnel et utile représenterait l'une des réalisations techniques les plus importantes du siècle.

Pour les chercheurs comme moi, l'excitation est la bienvenue, mais certaines affirmations apparaissant dans les points de vente populaires peuvent être déconcertantes.

Une récente injection d'argent et d'attention de la part des géants de la technologie a éveillé l'intérêt des analystes, qui sont maintenant impatients de proclamer un moment décisif dans le développement de cette technologie extraordinaire.

L'informatique quantique est décrite comme "juste au coin de la rue", en attendant simplement les prouesses d'ingénierie et l'esprit d'entreprise du secteur de la technologie pour réaliser son plein potentiel.

Quelle est la vérité ? Sommes-nous vraiment à quelques années d'avoir des ordinateurs quantiques capables de briser tous les systèmes de sécurité en ligne ? Maintenant que les géants de la technologie sont engagés, est-ce que nous nous asseyons et attendons-nous qu'ils livrent? Est-ce que tout est maintenant « juste de l'ingénierie » ?

Pourquoi nous soucions-nous tant de l'informatique quantique ?

Les ordinateurs quantiques sont des machines qui utilisent les règles de la physique quantique - en d'autres termes, la physique de très petites choses - pour coder et traiter l'information de nouvelles manières.

Ils exploitent la physique inhabituelle que nous trouvons à ces échelles minuscules, physique qui défie notre expérience quotidienne, afin de résoudre des problèmes exceptionnellement difficiles pour les ordinateurs "classiques". Ne considérez pas seulement les ordinateurs quantiques comme des versions plus rapides des ordinateurs d'aujourd'hui, considérez-les comme des ordinateurs qui fonctionnent d'une manière totalement nouvelle. Les deux sont aussi différents qu'un boulier et un PC.

Ils peuvent (en principe) résoudre dur, questions à fort impact dans des domaines tels que le décryptage, chercher, chimie et physique.

Le principal d'entre eux est "l'affacturage":trouver les deux nombres premiers, divisible seulement par un et eux-mêmes, qui, multipliés ensemble, atteignent un nombre cible. Par exemple, les facteurs premiers de 15 sont 3 et 5.

Aussi simple que cela puisse paraître, lorsque le nombre à factoriser devient grand, dire 1, 000 chiffres de long, le problème est effectivement impossible pour un ordinateur classique. Le fait que ce problème soit si difficile pour n'importe quel ordinateur conventionnel est la façon dont nous sécurisons la plupart des communications Internet, tels que le cryptage à clé publique.

Certains ordinateurs quantiques sont connus pour effectuer une factorisation exponentiellement plus rapidement que n'importe quel supercalculateur classique. Mais rivaliser avec un supercalculateur nécessitera toujours un ordinateur quantique assez conséquent.

L'argent change tout

L'informatique quantique a commencé comme une discipline unique à la fin des années 1990 lorsque le gouvernement américain, conscient du potentiel nouvellement découvert de ces machines pour le décryptage, a commencé à investir dans la recherche universitaire

Le terrain a rassemblé des équipes du monde entier, dont l'Australie, où nous avons maintenant deux centres d'excellence en technologie quantique (l'auteur fait partie du Centre d'excellence pour les systèmes quantiques d'ingénierie).

Mais l'orientation académique est maintenant en train de changer, en partie, à l'industrie.

IBM a depuis longtemps un programme de recherche fondamentale dans le domaine. Il a été récemment rejoint par Google, qui a investi dans une équipe de l'Université de Californie, et Microsoft, qui s'est associé à des universitaires du monde entier, dont l'Université de Sydney.

Apparemment sentir le sang dans l'eau, Les investisseurs en capital-risque de la Silicon Valley ont également récemment commencé à investir dans de nouvelles startups travaillant à la construction d'ordinateurs quantiques.

Les médias ont vu à tort l'entrée des acteurs commerciaux comme la genèse d'une accélération technologique récente, Plutôt qu'un réponse à ces avancées.

Alors maintenant, nous trouvons une variété d'affirmations concurrentes sur l'état de l'art dans le domaine, où va le champ, et qui arrivera à l'objectif final – un ordinateur quantique à grande échelle – en premier.

L'état de l'art dans la plus étrange des technologies

Les microprocesseurs informatiques conventionnels peuvent avoir plus d'un milliard d'éléments logiques fondamentaux, appelés transistors. Dans les systèmes quantiques, les unités de logique quantique fondamentales sont appelées qubits, et pour l'instant, ils sont pour la plupart de l'ordre d'une douzaine.

De tels dispositifs sont exceptionnellement passionnants pour les chercheurs et représentent d'énormes progrès, mais ils ne sont guère plus que des jouets d'un point de vue pratique. Ils ne sont pas proches de ce qui est requis pour l'affacturage ou toute autre application - ils sont trop petits et souffrent trop d'erreurs, malgré ce que les gros titres effrénés peuvent promettre.

Par exemple, il n'est même pas facile de répondre à la question de savoir quel système a les meilleurs qubits en ce moment.

Considérez les deux technologies dominantes. Les équipes utilisant des ions piégés ont des qubits résistants aux erreurs, mais relativement lent. Les équipes utilisant des qubits supraconducteurs (dont IBM et Google) ont des qubits relativement sujets aux erreurs qui sont beaucoup plus rapides, et peut être plus facile à reproduire à court terme.

Ce qui est mieux? Il n'y a pas de réponse simple. Un ordinateur quantique avec de nombreux qubits qui souffrent de beaucoup d'erreurs n'est pas forcément plus utile qu'une toute petite machine avec des qubits très stables.

Parce que les ordinateurs quantiques peuvent également prendre différentes formes (usage général ou adapté à une application), nous ne parvenons même pas à nous mettre d'accord sur le système qui possède actuellement le plus grand ensemble de capacités.

De la même manière, il y a maintenant une concurrence apparemment sans fin sur des métriques simplifiées telles que le nombre de qubits. Cinq, 16, bientôt 49 ! La question de savoir si un ordinateur quantique est utile est définie par bien plus que cela.

Où d'ici ?

Ces derniers temps, les médias se sont concentrés sur la réalisation de la « suprématie quantique ». C'est le point où un ordinateur quantique surpasse son meilleur homologue classique, et atteindre cela marquerait absolument une avancée conceptuelle importante dans l'informatique quantique.

Mais ne confondez pas « suprématie quantique » avec « utilité ».

Certains chercheurs en informatique quantique cherchent à concevoir des problèmes légèrement obscurs qui pourraient permettre d'atteindre la suprématie quantique, dire, 50-100 qubits – nombres atteignables dans les prochaines années.

Atteindre la suprématie quantique ne signifie pas non plus que ces machines seront utiles, ou que la voie vers les machines à grande échelle deviendra claire.

De plus, nous devons encore trouver comment traiter les erreurs. Les ordinateurs classiques souffrent rarement de pannes matérielles - "l'écran bleu de la mort" provient généralement de bogues logiciels, plutôt que des pannes matérielles. La probabilité d'une défaillance matérielle est généralement inférieure à quelque chose comme un sur un milliard de quadrillions, ou 10 ^-24 en notation scientifique.

Le meilleur matériel informatique quantique, d'autre part, n'atteint généralement qu'environ un sur 10, 000, ou 10 ^-4. C'est 20 ordres de grandeur pire.

Tout cela n'est-il que de l'ingénierie ?

Nous assistons à une lente augmentation du nombre de qubits dans les systèmes les plus avancés, et des scientifiques intelligents réfléchissent à des problèmes qui pourraient être utilement résolus avec de petits ordinateurs quantiques contenant seulement quelques centaines de qubits.

Mais nous sommes encore confrontés à de nombreuses questions fondamentales sur la façon de construire, exploiter ou même valider les performances des systèmes à grande échelle dont nous entendons parfois parler sont à nos portes.

Par exemple, si nous construisions un ordinateur quantique entièrement "à correction d'erreurs" à l'échelle des millions de qubits requis pour une factorisation utile, pour autant que l'on sache, cela représenterait un état totalement nouveau de la matière. C'est assez fondamental.

À ce stade, il n'y a pas de chemin clair vers les millions de qubits corrigés d'erreurs qui, selon nous, sont nécessaires pour construire une machine d'affacturage utile. Les efforts mondiaux actuels (auquel cet auteur participe) cherchent à construire un seul qubit à correction d'erreur à livrer dans environ cinq ans.

À la fin de la journée, aucune des équipes mentionnées ci-dessus n'est susceptible de construire un ordinateur quantique utile en 2017… ou 2018. Mais cela ne devrait pas être préoccupant alors qu'il y a tant de questions passionnantes auxquelles répondre en cours de route.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.