IBM lance le premier ordinateur quantique commercial au CES

11 janv. 20194 min de lecture

IBM a présenté le premier ordinateur quantique commercial de l’histoire au CES 2019 de Las Vegas. Ses performances sont limitées. Microsoft travaille sur une technologie très différente qui semble prometteuse.

IBM a voulu frapper les esprits en dévoilant un ordinateur quantique au CES 2019 de Las Vegas. Présenté comme le tout premier ordinateur quantique commercial de l'histoire, il devrait, un jour ou l'autre, résoudre des problèmes qui sont aujourd'hui trop complexes pour pouvoir être traités par les calculateurs classiques. La " boîte " d'IBM est un cube de 2,7 mètres d'arête, fabriqué en verre borosilicate transparent de 1,3 cm d'épaisseur. L'ensemble est totalement hermétique. Le cœur du système est refroidi à une température proche du zéro absolu (quelques millikelvins), pour éviter que la chaleur agite les particules et leur fasse perdre leurs propriétés quantiques.

Pour spectaculaire qu'elle soit, cette innovation laisse de marbre la concurrence. " C'est un bel objet, commente Bernard Ourghanlian, directeur technique et sécurité de Microsoft France, mais il n'affiche que 20 qubits ". Or la suprématie quantique, le moment où l'ordinateur quantique est plus puissant qu'un ordinateur classique, n'est atteinte qu'à partir de 50 ou 60 qubits. La machine d'IBM n'est donc pas encore capable de battre un supercalculateur. Intel a présenté un ordinateur quantique de 49 qubits l'an dernier au CES tandis que Google a annoncé disposer d'une puce à 72 qubits. " La suprématie quantique est un slogan marketing, analyse Bernard Ourghanlian. Il faut au moins 150 qubits pour résoudre des problèmes concrets. Pour l'instant, nous arrivons à simuler un ordinateur quantique autour de 45-47 qubits sur un ordinateur classique. " En d'autres termes, la prouesse d'IBM n'est pas encore une menace pour les supercalculateurs classiques. Pour l'instant.

Dix mille qubits physiques pour un qubit logique

Schématiquement, un ordinateur quantique utilise les propriétés des particules élémentaires, d’une taille inférieure à l’atome, pour effectuer des calculs. Ces particules ont un comportement très différent du comportement de la matière à notre échelle. En particulier, une particule peut apparaître sous forme de grain ou sous forme d’onde. Dans ce cas, une même particule peut se trouver dans plusieurs états superposés. Dans cette situation, la particule peut prendre plusieurs valeurs en même temps. Elle est appelée qubit. Un ordinateur classique utilise, lui, des transistors qui ne connaissent que deux états, 0 ou 1, des bits (binary digit), 1 quand le transistor est ouvert, 0 quand il est fermé. Les données sont codées sous forme binaire.

Au contraire, l’ordinateur quantique utilise des qubits reposant sur des particules quantiques qui possèdent plusieurs valeurs simultanément. Hélas, les qubits sont soumis à un phénomène de décohérence et perdent leur effet quantique au bout de quelques millionièmes de seconde. De plus, dès qu’on met plusieurs qubits côte à côte, ils s’influencent les uns les autres ce qui entraîne une décohérence. Résultat, les calculs effectués par les qubits physiques sont souvent erronés. Il faut en moyenne mille à dix mille qubits physiques pour supprimer toutes les erreurs et créer un qubit logique.

Le fermion a été observé en 2012

Ces inconvénients rendent très difficile la mise au point d’un ordinateur quantique. C’est pourquoi Microsoft a pris une direction très différente. « Nous travaillons depuis 1997, rappelle Bernard Ourghanlian. Nous avons fait très tôt le pari du fermion de Majorana. » Majorana est un physicien italien qui a émis en 1937 l’idée qu’il existait une particule qui est à elle-même son antiparticule et n’a pas de charge. Cet étrange fermion a été observé pour la première fois en 2012 par les chercheurs de l’université de Delft aux Pays-Bas. Chez Microsoft, on a poussé un ouf de soulagement. Le fermion existait bel et bien !

Contrairement aux autres particules, le fermion de Majorana a une durée de vie beaucoup plus longue, de l’ordre d’une minute. Pour un ordinateur qui calcule plusieurs milliards d’opérations par seconde c’est déjà très long. « Cette technologie a un autre avantage, poursuit Bernard Ourghanlian, le coût de correction des erreurs est beaucoup plus faible. Imaginez un ensemble de danseurs grecs qui se tiennent les uns les autres. Ils forment une sorte de chaîne. Seuls ceux qui sont aux extrémités de la chaîne ont une liberté de mouvement tandis que les autres sont complètement tenus. Une chaîne d’électrons est un peu comme cette chaîne de danseurs grecs, les électrons qui sont à chaque extrémité se transforment dans certaines conditions en fermion de Majorana et n’ont pas de charge. Si on rapproche une chaîne d’une autre chaîne, elles s’ignorent mutuellement au contraire des chaînes « normales » qui ont une charge et qui vont interagir entre elles. » Le fermion de Majorana est indifférent aux autres si bien que son état quantique est beaucoup plus stable. Résumons : la particule de Majorana est très difficile à obtenir, mais elle est plus stable et entraîne beaucoup moins d’erreurs. Au lieu de mille à dix mille qubits physiques de Majorana pour créer un qubit logique, il suffit d’en avoir une dizaine. Mais pour l’instant, nul ne sait produire ces fermions de façon industrielle...

La nature est quantique

A quoi serviront ces ordinateurs quantiques ? « Ils pourront faire ce que la nature fait de façon spontanée, affirme Bernard Ourghanlian. La nature est quantique. Si nous voulons assembler des molécules, atome par atome, il faut être en mesure de calculer toutes les interactions si on veut obtenir une molécule stable. Cela demande des calculs d’une complexité qui augmente très vite en fonction du nombre d’atomes et qui dépasse les capacités de traitement des ordinateurs actuels. Si par exemple on veut construire un catalyseur de CO2 pour capturer et stocker le CO2 présent dans l’atmosphère, nous aurons besoin d’un ordinateur quantique pour le mettre au point. » Qui sait, peut-être qu’un jour, le CO2 présent dans l’atmosphère sera piégé grâce à une technologie quantique et que le changement climatique sera maîtrisé.

A ne pas louper !