Google a récemment annoncé une percée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, suscitant un intérêt considérable dans le monde de la technologie. Leur nouvelle puce quantique IA a résolu une équation en seulement 5 minutes, une tâche qui prendrait à un ordinateur classique un trillion de milliards d'années (un sextillion d'années). Cette différence de vitesse stupéfiante est tout simplement impressionnante.
Les goulots d'étranglement et les percées de l'informatique quantique
L'informatique quantique, bien que futuriste et fascinante, a longtemps été confrontée à des problèmes d'instabilité. Les particules minuscules ne suivent pas les règles des objets quotidiens, et même les puces les plus avancées peuvent échouer en raison de légères perturbations de leur état fragile. Pendant des décennies, les chercheurs ont tenté d'exploiter cette instabilité pour effectuer des calculs, mais ils ont été limités par la vitesse d'accumulation d'erreurs, trop rapide pour être corrigée.
Source : Image générée par IA, Midjourney
La correction d'erreur quantique offre une solution possible, mais elle présente elle-même une complexité. Elle nécessite la transmission d'informations entre plusieurs qubits (unités de base des données quantiques), ce qui est simple en théorie mais se révèle un défi complexe en pratique. Si le nombre de qubits impliqués est trop important, il est difficile de maintenir le taux d'erreur en dessous d'un seuil critique.
Jusqu'à récemment, personne n'avait pu prouver que le taux d'erreur pouvait être abaissé en dessous de ce point critique pour des codes spécialement conçus pour l'extension. La nouvelle architecture de puce quantique de Google a changé la donne.
Les performances étonnantes de la puce « Willow »
Hartmut Neven, fondateur du laboratoire Google Quantum AI et scientifique quantique, a qualifié les performances de la puce « Willow » de « stupéfiantes ». Il a ajouté que ses résultats de calcul à haute vitesse « confirment l'idée que le calcul quantique se produit dans de nombreux univers parallèles ». Neven a également mentionné le physicien de l'université d'Oxford, David Deutsch, dont la théorie soutient que le développement réussi d'un ordinateur quantique pourrait étayer l'« interprétation à plusieurs mondes » de la mécanique quantique et l'existence d'un multivers.
Deutsch est un pionnier de l'informatique quantique depuis les années 1970, et ses recherches dans ce domaine visent davantage à valider sa théorie du multivers.
Le concept d'univers parallèles
Les univers parallèles, également appelés univers alternatifs ou multivers, désignent d'autres réalités qui pourraient coexister avec notre propre univers. Imaginez que notre univers n'est qu'une bulle dans une mousse cosmique immense, chaque bulle étant un univers différent, avec ses propres lois physiques, son histoire, et même des versions différentes de nous-mêmes.
Les scientifiques explorent ce concept par le biais de théories telles que le multivers, qui suggèrent qu'il pourrait exister d'innombrables autres univers, chacun avec son propre ensemble de possibilités. Bien que nous n'ayons pas encore trouvé de preuve concrète d'univers parallèles, cette idée suscite des discussions intéressantes sur la nature de la réalité et sur ce qui existe au-delà de ce que nous voyons et comprenons actuellement.
Controverse et éloges
Cependant, Ethan Siegel, auteur et astrophysicien, n'est pas d'accord avec le point de vue de Google. Il accuse Google de « confondre des concepts non liés, et Neven devrait le savoir ».
Siegel explique que Neven confond l'espace mathématique dans lequel se produit la mécanique quantique avec les concepts d'univers parallèles et de multivers. Selon Siegel, même si les ordinateurs quantiques réussissent, ils ne peuvent pas prouver l'existence d'univers parallèles.
Malgré les divergences d'opinion, Siegel salue tout de même les réalisations de Google avec la puce « Willow », la qualifiant de « véritable avancée exceptionnelle dans le domaine de l'informatique quantique ». Il estime que cette percée pourrait contribuer à résoudre certains des problèmes majeurs de la Terre, tels que la découverte de nouveaux médicaments, la conception de meilleures batteries pour les véhicules électriques et les progrès de la fusion et des énergies renouvelables.
Neven partage ce même optimisme : « De nombreuses applications révolutionnaires futures sont impossibles sur les ordinateurs classiques ; elles attendent d'être déverrouillées par l'informatique quantique. »
La percée technologique de la puce « Willow »
La puce « Willow » est le dernier processeur supraconducteur conçu par l'équipe Google Quantum AI. Contrairement aux anciens appareils où la gestion des erreurs était difficile, « Willow » repousse les limites des performances et prend en charge les technologies visant à concrétiser les promesses de la correction d'erreur quantique.
Le système répond aux conditions d'une méthode spécifique appelée « code de surface ». Les tentatives précédentes se sont heurtées à des obstacles lors de l'ajout de plus de qubits, mais « Willow » a surmonté cet obstacle.
Distance de code et correction d'erreur quantique
Les cadres de correction d'erreur quantique mentionnent souvent quelque chose appelé « distance de code ». En termes simples, cela représente le nombre de qubits utilisés pour protéger un bloc de données quantiques. Si certaines conditions sont remplies, une distance plus grande (par exemple, passer d'une distance de code de 3 à 5 puis à 7) devrait réduire la probabilité de défaillance globale.
Sur le nouvel appareil, chaque augmentation de niveau de distance réduit de moitié le taux d'erreur logique. Cette amélioration a longtemps été un objectif majeur des chercheurs en informatique quantique.
D'après les résultats de l'enquête publiés, Hartmut Neven, fondateur du laboratoire Google Quantum AI et scientifique quantique, a déclaré que « Willow a effectué un calcul de référence standard en cinq minutes, tandis que l'un des superordinateurs les plus rapides d'aujourd'hui aurait besoin de 10 sextillions d'années ».
Performances durables et correction d'erreur en temps réel
Des tests ne fonctionnant que sur quelques cycles peuvent ne pas révéler toute la stabilité du système. La nouvelle puce quantique de Google surmonte ce problème en augmentant les performances jusqu'à un million de cycles. L'appareil maintient ses performances inférieures au seuil sur des échelles de temps qui laisseraient d'autres systèmes à bout de souffle. Maintenir la précision du décodage en temps réel sur une aussi longue période n'est pas une mince affaire.
L'équipe derrière « Willow » a organisé ses opérations afin que les corrections puissent être appliquées instantanément. Cette méthode garantit que la puce ne dévie pas de sa trajectoire.
Sundar Pichai, PDG de Google, a déclaré : « Nous pensons que « Willow » est une étape importante dans notre cheminement vers la construction d'ordinateurs quantiques utiles. »
Au-delà des goulots d'étranglement traditionnels
Les superordinateurs traditionnels utilisent des milliards de minuscules commutateurs fonctionnant de manière bien comprise pour traiter des tâches complexes. En revanche, les ordinateurs quantiques utilisent des phénomènes qui ne peuvent pas être réduits à des raccourcis classiques. Jusqu'à présent, le problème a toujours été de savoir comment maintenir des états quantiques délicats suffisamment longtemps pour effectuer des calculs significatifs.
Avec « Willow », l'équipe a montré que les qubits peuvent fonctionner de manière à empêcher les erreurs de devenir incontrôlables. La démonstration montre que les puces quantiques peuvent évoluer vers des calculs qui dépassent les capacités des systèmes traditionnels.
L'avenir de l'informatique quantique
L'objectif de Google est d'utiliser du matériel capable de réussir ces tests de fiabilité rigoureux pour prouver que l'informatique quantique ne restera pas à jamais au stade des problèmes jouets.
L'augmentation de la distance de code sans perte de capacité de correction d'erreur indique qu'un grand nombre de qubits pourrait un jour alimenter des algorithmes liés à des tâches réelles, telles que l'accélération de simulations complexes, l'amélioration des processus de découverte de médicaments et l'exploration de nouveaux matériaux pour le stockage d'énergie.
Le succès de « Willow » à atteindre un taux d'erreur inférieur au seuil sur une longue période pourrait encourager les efforts des industries qui attendaient une preuve solide que le matériel quantique allait devenir un outil fiable.
Lorsque la correction d'erreur devient courante, le but de la correction d'erreur quantique n'a jamais été d'éliminer complètement les erreurs, mais de les rendre suffisamment rares pour que la machine puisse effectuer des calculs jusqu'à la fin.
Si les conceptions futures s'appuient sur la stabilité et l'extensibilité de « Willow », peut-être qu'un jour, cette correction d'erreur se produira en arrière-plan, invisible pour l'utilisateur. L'atteinte de ce niveau de tolérance aux pannes permettrait aux ordinateurs quantiques de traiter des charges de travail bien au-delà des capacités du matériel classique. Cela révèle des voies pratiques pour étendre ces machines incroyables.
La collaboration mondiale pour faire progresser la correction d'erreur quantique
Les efforts de Google Quantum AI et d'autres groupes mondiaux ne sont pas isolés. Le domaine de la correction d'erreur quantique attire de nombreux chercheurs qui cherchent des voies vers des appareils pratiques.
Au cours de la dernière décennie, la recherche a mis en évidence l'importance de certaines conceptions de réseau et du placement judicieux des qubits logiques. « Willow » montre maintenant que, grâce à une architecture de puce et à un schéma de correction d'erreur appropriés, il est possible de franchir le seuil.
Cela rapproche tout le domaine de la construction de machines capables de résoudre des problèmes utiles. Bien que le voyage ne soit pas terminé, une pièce importante du puzzle est maintenant en place.
