Un quintillion de calculs par seconde. C'est un avec 18 zéros après. C'est la vitesse à laquelle un supercalculateur exascale traitera les informations. Le ministère de l'Énergie (DOE) prépare le déploiement du premier ordinateur exascale en 2021. Deux autres suivront peu de temps après. Pourtant, les ordinateurs quantiques peuvent être capables d'effectuer des calculs plus complexes encore plus rapidement que ces ordinateurs exascale en devenir. Mais ces technologies se complètent bien plus qu'elles ne se concurrencent.

Il faudra un certain temps avant que les ordinateurs quantiques soient prêts à s'attaquer aux grandes questions de recherche scientifique. Alors que les chercheurs quantiques et les scientifiques d'autres domaines collaborent pour concevoir des ordinateurs quantiques aussi efficaces que possible une fois prêts, c'est encore loin. Les scientifiques découvrent comment construire des qubits pour les ordinateurs quantiques, le fondement même de la technologie. Ils établissent les algorithmes quantiques les plus fondamentaux dont ils ont besoin pour effectuer des calculs simples. Le matériel et les algorithmes doivent être suffisamment avancés pour que les codeurs développent des systèmes d'exploitation et des logiciels pour effectuer des recherches scientifiques. Actuellement, nous en sommes au même stade de l'informatique quantique que les scientifiques des années 1950 étaient avec des ordinateurs qui fonctionnaient sur des tubes à vide. La plupart d'entre nous ont régulièrement des ordinateurs dans nos poches maintenant, mais il a fallu des décennies pour atteindre ce niveau d'accessibilité.

En revanche, les ordinateurs exascale seront prêts l'année prochaine. Quand ils se lancent, ils seront déjà cinq fois plus rapides que notre ordinateur le plus rapide—Summit, à l'installation informatique de leadership du Laboratoire national d'Oak Ridge, une installation utilisateur du DOE Office of Science. Tout de suite, ils pourront relever des défis majeurs dans la modélisation des systèmes terrestres, analyser les gènes, traquer les barrières à la fusion, et plus. Ces machines puissantes permettront aux scientifiques d'inclure plus de variables dans leurs équations et d'améliorer la précision des modèles. Tant que nous pouvons trouver de nouvelles façons d'améliorer les ordinateurs conventionnels, Nous le ferons.

Une fois que les ordinateurs quantiques sont prêts pour les heures de grande écoute, les chercheurs auront toujours besoin d'ordinateurs conventionnels. Ils répondront chacun à des besoins différents.

Le DOE conçoit ses ordinateurs exascale pour qu'ils soient exceptionnellement bons pour exécuter des simulations scientifiques ainsi que des programmes d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle. Ceux-ci nous aideront à faire les prochaines grandes avancées de la recherche. Dans nos installations utilisateurs, qui produisent des quantités de données de plus en plus importantes, ces ordinateurs pourront analyser ces données en temps réel.

Ordinateurs quantiques, d'autre part, sera parfait pour modéliser les interactions des électrons et des noyaux qui sont les constituants des atomes. Comme ces interactions sont à la base de la chimie et de la science des matériaux, ces ordinateurs pourraient être incroyablement utiles. Les applications incluent la modélisation de réactions chimiques fondamentales, comprendre la supraconductivité, et la conception de matériaux à partir du niveau de l'atome. Les ordinateurs quantiques pourraient potentiellement réduire le temps nécessaire pour exécuter ces simulations de plusieurs milliards d'années à quelques minutes. Une autre possibilité intéressante consiste à connecter des ordinateurs quantiques à un réseau Internet quantique. Cet internet quantique, couplé à l'internet classique, pourrait avoir un impact profond sur la science, la sécurité nationale, et de l'industrie.

Tout comme un même scientifique peut utiliser à la fois un accélérateur de particules et un microscope électronique en fonction de ce qu'il doit faire, l'informatique conventionnelle et l'informatique quantique auront chacune des rôles différents à jouer. Les scientifiques soutenus par le DOE sont impatients d'affiner les outils que les deux fourniront pour la recherche à l'avenir.