Google a récemment annoncé avoir réalisé une percée dans l'informatique quantique. Sa nouvelle puce d'IA quantique "Willow" a résolu une équation en 5 minutes qui prendrait un an à un ordinateur traditionnel. Cette réalisation a suscité une large attention au sein de la communauté scientifique et technologique mondiale et a également stimulé des discussions animées sur l'informatique quantique et son lien avec la théorie des univers parallèles. Cet article approfondira les détails techniques de la puce « Willow », l'importance de sa percée en termes de performances, ainsi que la controverse et les éloges entourant ses résultats.
Google a récemment annoncé avoir réalisé une avancée majeure dans le domaine de l'informatique quantique, qui a suscité une grande attention de la part de la communauté technologique mondiale. Leur dernière puce d’IA quantique a résolu une équation qui nécessiterait qu’un ordinateur ordinaire fonctionne en continu pendant mille milliards d’années (un an) en seulement 5 minutes. Cette étonnante différence de vitesse suffit à choquer n’importe qui.
Goulots d’étranglement et avancées dans l’informatique quantique
Bien que l’informatique quantique semble avant-gardiste et cool, elle est depuis longtemps confrontée à des problèmes d’instabilité. Les minuscules particules ne suivent pas les règles des objets du quotidien, et même les puces les plus avancées peuvent échouer en raison de légères perturbations de leur état fragile. Les chercheurs tentent d’exploiter cette nature erratique depuis des décennies, mais ils ont été gênés par le fait que les erreurs s’accumulent trop rapidement et sont difficiles à corriger.
La technologie de correction d’erreurs quantiques offre une solution possible, mais comporte ses propres complications. Cela nécessite de diffuser des informations entre plusieurs qubits, les unités de base des données quantiques, ce qui est simple en théorie mais se transforme en un défi complexe en pratique. Si trop de qubits sont impliqués, il devient difficile de maintenir le taux d’erreur en dessous d’un certain seuil critique.
Jusqu'à récemment, personne n'avait pu démontrer que les taux d'erreur pouvaient être réduits en dessous d'un point critique pour un code spécialement conçu pour évoluer. La nouvelle architecture de puce quantique de Google change cela.
Les performances étonnantes des puces "Willow"
Le scientifique quantique Hartmut Neven, fondateur du Quantum AI Lab de Google, a qualifié les performances de la puce Willow d'« étonnantes ». Les résultats de ses calculs à grande vitesse « soutiennent l’idée selon laquelle l’informatique quantique existe dans de nombreux univers parallèles », a-t-il ajouté. L'article mentionne également le physicien David Deutsch de l'Université d'Oxford, qui a émis l'hypothèse que le développement réussi d'ordinateurs quantiques pourrait soutenir « l'interprétation de plusieurs mondes » de la mécanique quantique et l'existence d'un multivers.
Deutsch est un pionnier de l'informatique quantique depuis les années 1970. Le but de ses recherches sur l'informatique quantique est davantage de vérifier sa théorie du multivers.
Le concept d'univers parallèles
Les univers parallèles, également appelés univers alternatifs ou univers multiples, font référence à la possibilité que d'autres réalités existent à côté de la nôtre. Imaginez que notre univers n’est qu’une bulle dans une vaste bulle cosmique, chaque bulle étant un univers différent avec ses propres lois physiques, son histoire et même différentes versions de nous-mêmes.
Les scientifiques explorent ce concept à travers des théories telles que le multivers, qui suggèrent que d’innombrables autres univers pourraient exister, chacun avec son propre ensemble de possibilités. Même si nous n’avons pas encore trouvé de preuves tangibles de l’existence d’univers parallèles, l’idée suscite des discussions intéressantes sur la nature de la réalité et sur ce qui se cache au-delà de ce que nous voyons et comprenons actuellement.
Controverse et louange cohabitent
Cependant, l’astrophysicien devenu auteur Ethan Siegel n’est pas d’accord avec Google. Il a accusé Google de « confondre des concepts sans rapport, et Nevin aurait dû le savoir ».
Siegel a expliqué que Nevin a confondu l'espace mathématique dans lequel se déroule la mécanique quantique avec les concepts d'univers parallèles et de multivers. Selon Siegel, même si les ordinateurs quantiques réussissent, ils ne pourront pas prouver l'existence d'univers parallèles.
Malgré le désaccord, Siegel a salué la réussite de Google avec la puce Willow, la qualifiant de « progrès vraiment exceptionnel dans l'informatique quantique ». Il pense que cette avancée pourrait aider à résoudre certains des plus grands problèmes de la Terre, tels que la découverte de nouveaux médicaments, la conception de meilleures batteries pour les véhicules électriques et le progrès de la fusion et des nouvelles sources d'énergie.
Nevin a fait écho au même optimisme en déclarant : « Beaucoup de ces futures applications révolutionnaires ne sont pas réalisables sur des ordinateurs conventionnels ; elles attendent d'être déverrouillées grâce à l'informatique quantique. »
Percée technologique de la puce "Willow"
La puce « Willow » est le dernier processeur supraconducteur conçu par l'équipe d'IA quantique de Google. Contrairement aux appareils plus anciens qui avaient du mal à contrôler les erreurs, Willow pousse les performances dans une nouvelle zone, en prenant en charge une technologie conçue pour que la correction des erreurs quantiques tienne réellement ses promesses.
Ce système satisfait aux conditions d'une approche spécifique dite de « codage surfacique ». Les tentatives passées se sont heurtées à un obstacle à l’ajout de qubits supplémentaires, mais Willow franchit cette barrière.
Distance de code et correction d'erreur quantique
Les cadres de correction d'erreurs quantiques font souvent référence à ce qu'on appelle la « 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, des distances plus grandes (telles que l'augmentation de la distance du code de 3 à 5 à 7) devraient réduire la probabilité globale de défaillance.
Sur les nouveaux appareils, le taux d'erreur logique est réduit de moitié à chaque niveau de distance supplémentaire. De telles améliorations constituent depuis longtemps un objectif majeur des chercheurs en informatique quantique.
Selon les résultats publiés, le scientifique quantique Hartmut Nevin, fondateur du Quantum AI Lab de Google, a déclaré : « Willow a effectué un calcul de référence standard en cinq minutes, l'un des superordinateurs les plus rapides aujourd'hui. Cela prendra 10 ans. »
Performances durables et correction des erreurs en temps réel
L'exécution d'un test sur quelques cycles seulement peut ne pas révéler une image complète de la stabilité du système. La nouvelle puce quantique de Google résout ce problème en poussant les performances à un million de cycles. L'appareil maintient ses performances inférieures au seuil sur des échelles de temps qui laisseraient normalement d'autres systèmes à bout de souffle. Maintenir la précision du décodage en temps réel sur une si longue période n’est pas une tâche facile.
L'équipe derrière "Willow" a organisé ses opérations de manière à ce que les corrections puissent être appliquées instantanément. Cette méthode garantit que la puce ne déraille pas.
"Nous considérons Willow comme une étape importante dans notre parcours vers la création d'ordinateurs quantiques utiles", a déclaré Sundar Pichai, PDG de Google.
Au-delà des goulots d’étranglement traditionnels
Les superordinateurs traditionnels utilisent des milliards de minuscules commutateurs qui fonctionnent de manière bien comprise pour gérer des tâches complexes. En revanche, les ordinateurs quantiques exploitent des phénomènes qui ne peuvent être réduits à des raccourcis classiques. Jusqu’à présent, le problème était de savoir comment maintenir en vie des états quantiques délicats suffisamment longtemps pour permettre d’effectuer des calculs significatifs.
Avec Willow, l'équipe a montré que les qubits peuvent fonctionner ensemble de telle manière que les erreurs ne deviennent pas incontrôlables. La démonstration montre que les puces quantiques peuvent évoluer vers une informatique allant au-delà de ce que les systèmes conventionnels peuvent gérer.
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 reste pas éternellement un problème de jouet.
Augmenter la distance de code sans perdre les capacités de correction d'erreurs suggère qu'un grand nombre de qubits pourraient un jour alimenter des algorithmes pertinents pour des tâches du monde réel, telles que l'accélération de simulations complexes, l'amélioration des processus de découverte de médicaments et l'exploration de méthodes de stockage d'énergie.
Le succès de Willow à atteindre des taux d'erreur inférieurs au seuil sur des périodes de temps prolongées pourrait encourager les efforts des industries qui attendaient des preuves solides que le matériel quantique deviendra un outil fiable.
Même si la correction des erreurs devient une routine, l’objectif de la correction des erreurs quantiques n’est jamais d’éliminer complètement les erreurs, mais de rendre les erreurs si rares qu’une machine puisse exécuter les calculs jusqu’au bout.
Si les conceptions futures s'appuient sur les fonctionnalités de stabilité et d'évolutivité de Willow, peut-être qu'un jour cette correction se produira en arrière-plan, invisible pour les utilisateurs. Atteindre ce niveau de tolérance aux pannes pourrait permettre aux ordinateurs quantiques de gérer des charges de travail bien au-delà de la portée du matériel classique. Cela révèle des moyens pratiques de faire évoluer ces incroyables machines.
La collaboration mondiale favorise la correction des erreurs quantiques
Les efforts de Google Quantum AI et d’autres groupes mondiaux ne sont pas isolés. Le domaine de la correction des erreurs quantiques a attiré l’attention de nombreux chercheurs qui s’efforcent de trouver des voies vers des dispositifs pratiques.
Au cours de la dernière décennie, des recherches ont montré l’importance de certaines conceptions de réseaux et de qubits logiques disposés selon des dispositions soignées. Willow montre maintenant qu'avec la bonne architecture de puce et le bon système de correction d'erreurs, le seuil peut être franchi.
Cela rapproche l’ensemble du domaine de la construction de machines capables de résoudre des problèmes utiles. Même si le voyage n’est pas encore terminé, une pièce importante du puzzle est déjà en place.
Le succès de la puce « Willow » de Google marque une étape importante dans le domaine de l'informatique quantique. Même s’il reste encore confronté à des défis, ses avancées en matière de correction d’erreurs et d’évolutivité ouvrent la voie à l’application pratique des ordinateurs quantiques à l’avenir et donnent l’espoir de résoudre de nombreux problèmes mondiaux. Cette technologie aura sans aucun doute un impact profond sur le développement technologique futur.