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Le Numéro Quantique : On ne connaît jamais vraiment l'avenir
Cela fait plus de dix ans que l'on débat pour savoir si un ordinateur quantique représente une menace réaliste pour le réseau Bitcoin. C'était déjà un sujet de conversation sérieux il y a plus de 13 ans, lorsque j'ai moi-même découvert Bitcoin pour la première fois.
Il y a eu pas mal de progrès, tant sur le plan théorique que dans l'ingénierie concrète, depuis l'époque lointaine où je n'étais qu'un maladroit à essayer de comprendre ce qui se passait ici.
Deux jalons majeurs ont été franchis depuis, qui changent réellement la donne quant à la probabilité qu'un ordinateur quantique viable soit effectivement produit d'ici une dizaine d'années. Cela ne signifie pas pour autant qu'il atteindra l'ubiquité, ni même une relative facilité d'accès pour ceux qui disposent de gros capitaux.
Mais il est tout à fait possible qu'un certain nombre de machines viables soient produites dans un avenir proche.
Progrès de la correction d'erreurs
La première grande avancée concerne la correction d'erreurs. Pour tenir compte du bruit inhérent au travail à cette échelle minuscule, obtenir un qubit logique réellement utile en calcul exige en pratique le recours à plusieurs qubits physiques redondants.
La méthode la plus avancée jusqu'ici pour y parvenir était celle des codes de surface : une façon de regrouper plusieurs qubits physiques dans une grille et d'en utiliser certains comme qubits de contrôle qui « surveillent » périodiquement leurs voisins afin de s'assurer qu'aucune erreur interne n'est survenue dans la superposition (sans faire s'effondrer cette superposition). Chaque espace vide de la grille doit être comblé par des qubits de contrôle.
Cette exigence en qubits de contrôle engendre une surcharge supplémentaire qui peut atteindre près de 1,000 qubits physiques par qubit logique au total, et cela devient problématique à grande échelle car les qubits de contrôle ne peuvent surveiller que les qubits situés immédiatement à côté d'eux. Chaque regroupement de qubits doit donc comporter des contrôleurs espacés de façon équidistante.
Les codes quantiques de vérification de parité à faible densité (qLDPC) suppriment ce goulet d'étranglement en permettant aux qubits de contrôle de vérifier d'autres qubits à grande distance (soit au moyen de pistes entrelacées qui communiquent d'une section de puce à l'autre, soit en déplaçant physiquement des atomes comme dans la conception à atomes neutres) sur l'ensemble du dispositif. Cela a permis de réduire de 10x le nombre de qubits physiques nécessaires pour produire un qubit logique fiable.
Ce n'est pas rien. Même s'il ne s'agit peut-être pas encore d'une machine pleinement fonctionnelle qui progresse en gagnant en efficacité, ce sont bien des gains d'efficacité réels dans les procédés d'ingénierie qui sous-tendent la fabrication d'un ordinateur quantique pleinement fonctionnel.
Progrès dans la démonstration des fondements
Le second concerne une question plus fondamentale, autour de l'affirmation selon laquelle ajouter davantage de qubits physiques entraîne une réduction, et non une augmentation, du bruit global du système. À ce stade, cela reste en réalité une théorie, et il faut garder à l'esprit qu'à ce jour, il n'a jamais existé d'ordinateur quantique pleinement fonctionnel ayant effectué de bout en bout un calcul dont un ordinateur classique serait incapable.
Google a mené une expérience à l'aide de ses puces Sycamore (puis Willow) afin de vérifier expérimentalement l'effet de l'ajout de qubits physiques supplémentaires. Pour être très clair, il ne s'agissait pas d'une démonstration d'exécution de calculs, mais simplement d'une démonstration de stockage d'informations en mémoire sans qu'elles se dégradent.
Ils ont montré, à l'aide de qubits logiques composés d'un ensemble de 17 qubits physiques, d'un ensemble de 49 qubits physiques et d'un ensemble de 101 qubits physiques, que le taux d'erreur logique — la fréquence de corruption des données — diminuait à mesure que le nombre de qubits physiques augmentait. Ce test a franchi un seuil critique, où le qubit logique créé à partir des qubits physiques indépendants conservait sa cohérence plus longtemps que n'importe lequel des qubits physiques dont il était composé.
Là encore, ce n'est pas un bond vers un ordinateur quantique pleinement fonctionnel exécutant des calculs dont les machines classiques sont incapables, mais c'est un progrès réel qui démontre l'une des hypothèses fondamentales sur lesquelles reposent les ordinateurs quantiques.
IA
Et ce ne sont pas les seuls points pour lesquels nous trouvons de meilleures solutions dans ce domaine. L'intelligence artificielle est devenue un élément majeur de ces systèmes. Elle est utilisée dans le processus même de lecture et de décodage des informations issues d'un ordinateur quantique, un goulet d'étranglement de taille pour vraiment l'exploiter à grande échelle.
L'IA est également utilisée dans la mise au point de nouveaux algorithmes quantiques optimisés pour ce type de machines et, compte tenu de la vague récente où l'IA aide à résoudre (voire à réfuter des conjectures existantes) de grands problèmes du domaine des mathématiques, il n'est pas si insensé d'envisager la possibilité de percées majeures rendues possibles par l'IA.
On lui confie le même rôle dans la conception concrète des circuits quantiques physiques construits selon différentes architectures. C'est en réalité un problème très complexe : trouver la manière optimale de disposer les portes quantiques dans un espace physique pour minimiser le bruit au niveau quantique, sans créer tant d'espace vide que l'on introduise de la latence, de l'inefficacité et d'autres problèmes à résoudre.
C'est un facteur qui pourrait très bien décupler les progrès dans la résolution des problèmes fondamentaux nécessaires.
Perspectives à venir
En fin de compte, selon moi, tout se ramène à une seule question : l'hypothèse selon laquelle ajouter davantage de qubits physiques réduit le bruit tient-elle réellement lorsqu'il s'agit de calcul et de manipulation active de l'information quantique ?
Si cette hypothèse tient et n'est pas réfutée expérimentalement dans un avenir proche, alors je pense qu'il existe un scénario très réaliste où un ordinateur quantique viable serait produit dans les dix prochaines années.
Des ressources considérables sont consacrées à ce problème, les progrès dans la résolution de certaines de ses parties sont notables (sans être écrasants), et lorsqu'il existe fondamentalement un moyen de faire quelque chose, les êtres humains finissent généralement par le trouver.
Je ne dis pas qu'il est temps de paniquer, mais n'écartez pas cette possibilité.
Cet article figure dans la toute dernière édition imprimée de Bitcoin Magazine, le Numéro Quantique. Nous le partageons ici en avant-goût des idées explorées tout au long de ce numéro.
Cet article Le Numéro Quantique : On ne connaît jamais vraiment l'avenir est paru en premier sur Bitcoin Magazine et est écrit par Shinobi.
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