Les ordinateurs quantiques, en théorie, pourraient révolutionner l'informatique. Mais cela ne se produira pas dans un avenir prévisible, et les déclarations de Google sur l'atteinte de la "suprématie quantique" sont un battage médiatique pour le battage médiatique.
Les ordinateurs quantiques seront capables d'effectuer des tâches qui prendront des milliers d'années aux ordinateurs non quantiques. Cependant, alors que les capacités techniques des nouveaux produits sont limitées. Les tentatives de montrer leurs avantages par rapport aux ordinateurs classiques - la soi-disant supériorité quantique - ne résistent pas à de sérieuses critiques. Essayons de comprendre pourquoi.
Ce que donne un ordinateur quantique
Lorsqu'il fonctionne, un ordinateur quantique ne s'appuie pas sur des bits, comme un ordinateur normal, mais sur des qubits (bits quantiques). Le bit a la valeur 0 ou 1, mais le qubit peut être dans les états | 0⟩ et | 1⟩, ainsi que dans leur superposition. C'est-à-dire qu'avec une certaine probabilité, sa valeur peut être simultanément soit un analogue de zéro, soit un analogue de un. En d'autres termes, au lieu de l'état habituel, zéro ou une valeur est décrite par une variable continue, l'amplitude dite quantique. Un ordinateur typique avec une douzaine de bits de travail peut avoir 2 à la puissance dixième d'états simples clairs (de l'ordre d'un millier). Un quantum aura le même nombre de variables continues: c'est-à-dire que son « contenu » sera radicalement plus complexe.
Cela montre que même un qubit de base est beaucoup plus complexe qu'un bit normal. L'interaction des bits quantiques par rapport aux bits ordinaires est également plus complexe. Si un bit peut avec une certaine probabilité avoir deux valeurs différentes à la fois, en une seule opération, vous pouvez traiter ces deux états possibles en même temps. Pour cette raison, les groupes de qubits devraient atteindre une énorme supériorité de calcul sur les groupes de bits ordinaires. Bien sûr, la supériorité ne peut être obtenue qu'avec l'utilisation d'algorithmes spéciaux qui peuvent prendre en compte les nouvelles capacités des ordinateurs quantiques.
Le plus grand effet que l'informatique quantique donnera dans le domaine des réseaux de neurones, qui sont aujourd'hui associés à la possibilité de créer une intelligence artificielle, comparable à la naturelle. L'algorithme quantique de Shor vous permet de factoriser rapidement de grands nombres. Cela signifie qu'il peut « casser » la plupart des puissants systèmes cryptographiques existants.
Ainsi, vous pouvez pirater une carte de crédit et même concourir pour le portefeuille de quelqu'un d'autre avec la crypto-monnaie. Il existe de nombreuses autres applications possibles de l'informatique quantique, mais l'intelligence artificielle et la cryptographie de rupture sont actuellement les plus compréhensibles théoriquement.
Pourquoi n'ont-ils pas encore conquis le monde
Malgré tout cela, il n'existe toujours pas d'ordinateurs quantiques suffisamment performants. Soulignons qu'au niveau technique existant, on ne sait généralement pas quand ils peuvent apparaître. De plus, parmi les scientifiques, y compris russes, il y a ceux qui considèrent ce problème comme fondamentalement insoluble pour les très gros ordinateurs quantiques.
Le fait est que le plus petit ordinateur quantique pratique doit avoir entre mille et cent mille qubits. Cela signifie qu'il y aura au moins 2 millièmes de variables continues - soit environ 10 à la puissance trois centièmes. Le nombre de toutes les particules dans l'univers est inférieur à 10 à la puissance centième. C'est-à-dire que le nombre d'états continus dans un ordinateur quantique de puissance utile sera tel que son fonctionnement deviendra presque impossible à contrôler et le rendra suffisamment exempt d'erreurs.
Le nombre d'états continus dans un ordinateur quantique de puissance utile sera tel que son fonctionnement deviendra presque impossible à contrôler et le rendra suffisamment exempt d'erreurs.
Si mille bits d'un ordinateur ordinaire peuvent contenir un petit nombre d'erreurs dues au mauvais fonctionnement d'un bit (transistor), alors cela peut être facilement corrigé par duplication: le processeur fonctionne en "contournant" le bit mal exploité. Cependant, il est impossible d'exécuter constamment des calculs en contournant la "mauvaise" variable continue. Une variable est beaucoup plus complexe qu'un simple zéro ou un. C'est à la fois la force d'un ordinateur quantique et sa faiblesse. En raison de cette complexité même de la valeur du qubit, il est diablement difficile de contrôler d'éventuelles erreurs dans celui-ci.
Pour résoudre le problème, une option de correction d'erreur est proposée. Si la probabilité d'une erreur lors de la commutation d'un qubit n'est pas supérieure à une certaine valeur, vous pouvez alors diviser un qubit logique en plusieurs physiques et essayer de corriger les erreurs "par étapes", car il est plus facile de le faire en divisant la tâche en étapes. Cela ressemble à une bonne solution. Cependant, à la fin, un ordinateur quantique utile ne partira pas d'un millier, mais d'un million de qubits. C'est-à-dire que la tâche de contrôler ses erreurs deviendra à nouveau beaucoup plus difficile.
Pour cette raison, la Commission de lutte contre les pseudosciences de l'Académie des sciences de Russie publie depuis longtemps des documents indiquant que les ordinateurs quantiques de grande taille et donc utiles dans la pratique ne seront pas développés dans un avenir prévisible. C'est-à-dire que oui, théoriquement, ils sont possibles (ainsi que, par exemple, se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière), mais en fait, il n'y a aucun moyen pratiquement concevable pour cela.
Ce dont Google est fier
Des chercheurs du géant américain de l'Internet ont publié un article dans Nature dans lequel ils disent avoir montré - pour la première fois dans l'histoire du monde - une « supériorité quantique ». C'est-à-dire qu'ils ont présenté un ordinateur quantique capable de résoudre un problème pratiquement insoluble pour les supercalculateurs ordinaires.
Pour ce faire, ils ont utilisé le processeur quantique Sycamore avec 54 qubits à la fois, dont 53 peuvent être utilisés simultanément. La création même de ce processeur est une réalisation exceptionnelle. Le nombre total de ses variables continues est de 9 007 199 254 740 992 (2 puissance 53). Cela fait neuf quadrillions (millions de milliards). Le contrôle des erreurs de calcul dans un tel processeur est incroyablement difficile. Que Google ait pu fabriquer ce processeur est une réalisation formidable, à la pointe de ce qui est possible pour l'humanité d'aujourd'hui.
Mais, comme nous l'avons noté ci-dessus, un ordinateur quantique pratiquement utile part de mille qubits sans correction d'erreur et d'un million de qubits avec. Ainsi, Sycamore ne peut même pas se rapprocher de fournir un ordinateur quantique pratiquement utile.
Comment Google l'a-t-il utilisé pour démontrer sa « supériorité quantique » sur les ordinateurs classiques ? Simple: les chercheurs de l'entreprise ont spécialement sélectionné pour lui une tâche à laquelle un ordinateur quantique devrait faire face beaucoup mieux que d'habitude. Une séquence de commandes a été entrée dans l'ordinateur, après leur exécution, des lignes de 53 nombres ont été lues, chacune correspondant à l'état des qubits du processeur. Cette tâche a été effectuée plusieurs fois - selon le même principe que dans le programme de référence sur un ordinateur ordinaire.
Les chercheurs de l'entreprise ont spécialement sélectionné pour lui une tâche à laquelle un ordinateur quantique devrait faire face beaucoup mieux que d'habitude.
Une fois les résultats enregistrés, ils ont été comparés aux statistiques attendues pour effectuer un tel test. Étant donné que le benchmark a exécuté des séquences de commandes bien connues, les statistiques des résultats peuvent être prédites avec une précision assez élevée.
Le test lui-même, décrit ci-dessus, est un pur "benchmark pour le benchmark". Il n'a aucune application pratique concevable. Mais les auteurs de l'article correspondant de Nature qui travaillaient pour Google, utilisant ce benchmark, ont pu affirmer ce qui suit:
"Notre processeur Sycamore [a terminé la tâche de test] en 200 secondes… Nos références indiquent qu'une tâche similaire pour un supercalculateur classique prendrait environ 10 000 ans. Ce saut de vitesse, une réalisation expérimentale de la suprématie quantique. »
Bien sûr, si quelqu'un fait une tâche en 200 secondes et une autre en dix mille, alors la supériorité est évidente. Dans ce cas, « supériorité quantique ». Après tout, il est défini comme la capacité d'un ordinateur quantique à faire ce qu'un ordinateur ordinaire est pratiquement incapable de faire. Les supercalculateurs modernes tomberont en panne avant dix mille ans de fonctionnement continu, c'est-à-dire qu'ils ne pourront pas du tout accomplir la tâche de Sycomore.
Pourquoi Google est fier de cela en vain
Cela a l'air simple. Les gens qui travaillent pour Google ont construit un ordinateur sans utilité pratique et ont choisi pour lui une tâche qu'un ordinateur quantique - même inutile dans le calcul pratique - devrait encore faire mieux qu'un superordinateur ordinaire. C'est comme si on prenait le champion unijambiste et qu'on le laissait courir contre Usain Bolt, en lui interdisant d'utiliser l'autre jambe. Cela semble un peu malhonnête, mais formellement - oui, le unijambiste a montré un avantage sur le bipède.
Pas vraiment. Comme l'ont noté des chercheurs d'IBM, les auteurs de l'ouvrage dans Nature ont "un peu" joué avec l'idée originale de Google. Ils ont évalué l'exécution du programme de test par Sycamore, en supposant qu'un supercalculateur classique compterait sur les mêmes instructions utilisant la RAM. Cependant, dans la vraie vie, les supercalculateurs et les ordinateurs ont généralement plus qu'une simple mémoire vive.
Les gens d'IBM ont pensé que si un superordinateur utilisait à la fois de la RAM et des disques durs pour effectuer le même test, il pourrait le faire en 2, 5 jours ou en quelques centaines de milliers de secondes. C'est mille fois plus lent, c'est-à-dire qu'on ne parle plus de « supériorité quantique » au sens littéral.
Bien entendu, un processeur quantique effectuait une tâche spécialisée pour lui mille fois plus vite qu'un processeur classique. Mais à quoi bon s'il n'y a pas du tout de tels problèmes en dehors de la référence pour "prouver" la supériorité des ordinateurs quantiques ?
Mais à quoi bon s'il n'y a pas du tout de tels problèmes en dehors de la référence pour "prouver" la supériorité des ordinateurs quantiques ?
Pour résumer: Google a tenté de couper court au battage médiatique sur la « preuve de supériorité quantique » et a impliqué la Nature dans son entreprise douteuse. En fait, il n'y avait aucune preuve de supériorité quantique.
De plus, les chercheurs russes et IBM doutent en général que les ordinateurs quantiques montreront un jour une supériorité pratique sur les ordinateurs classiques dans un avenir concevable. Ils ajouteront - oui, mais il ne faut pas s'attendre à des miracles de leur part. Dans ce siècle, l'intelligence artificielle ne se fera pas sur leur base et votre carte de débit ou portefeuille crypto ne sera pas piraté. Faites attention de ne pas vous fier aux gros titres sensationnels sans vérifier tout ce qui se trouve en dessous jusqu'à la fin.