University of Southern California (USC) écrit l’histoire de l’informatique quantique (Partie 1/2)

, Partager

Le centre de recherche en informatique quantique de USC, soutenu par Lockheed Martin, vient d’effectuer une découverte fondamentale en démontrant la nature quantique de l’ordinateur D-Wave qu’ils utilisent. Nous revenons cette semaine sur ce résultat. Nous présenterons dans un prochain bulletin quelques applications possibles de l’informatique quantique qui suscitent bien des intérêts.

USC Lockheed Martin Quantum Computation Center - Pionnier en informatique quantique

En 2011, le USC Lockheed Martin [1] Quantum Computation Center a acheté à la société D-Wave (seule actuellement à commercialiser des calculateurs quantiques) une unité de calcul annoncée comme contenant 128 qubits [2], unités d’information quantique qui est aux ordinateurs quantiques ce que le bit est aux ordinateurs conventionnels. Cette acquisition porte l’USC au tout premier plan dans le domaine de l’informatique quantique, puisqu’aucun autre centre de recherche universitaire ne possède actuellement de dispositif équivalent.

L’avance technologique considérable que la firme déclare posséder n’est pas sans susciter quelques interrogations et controverses, entre autres sur la nature quantique de ses puces. D-Wave s’appuie sur une technologie différente de celle développée par les autres acteurs du domaine. Au lieu d’avoir recours à des équivalents de portes logiques, elle utilise le principe du quantum annealing. C’est la seule méthode qui permette de produire à l’heure actuelle des puces avec un nombre significatif de qubits. Elle est toutefois limitée dans son utilisation à des algorithmes bien spécifiques. De plus, pour des raisons de secrets industriels aux vues des enjeux considérables qui sous-tendent le domaine, les calculateurs de D-Wave ne peuvent être étudiés correctement par la communauté scientifique.

Le 29 Mai 2014, une équipe de chercheurs du USC Lockheed Martin Quantum Computation Center ont publié leurs résultats sur l’étude du calculateur D-Wave à leur disposition [3]. Ils ont pu démontrer expérimentalement que 8 de ses qubits étaient bien intriqués, et que cet état d’intrication se maintenait bien au cours des opérations de calcul (on parle de non-décohérence). C’est un résultat d’une très grande importance, qui confirme que la méthode du quantum annealing paraît viable pour créer des processeurs à grande échelle, et semble confirmer l’avance technologique de D-Wave.

L’informatique quantique : principes et enjeux

En 1975, Gordon E. Moore (co-fondateur du groupe Intel - plus grand fabricant de processeurs au monde) énonce la loi qui porte aujourd’hui son nom : "le nombre de transistors sur une puce de silicium d’un microprocesseur double tous les deux ans à prix constant". Jusqu’ici, cette loi empirique s’est montrée remarquablement proche de la réalité. La technologie actuelle consiste à graver les transistors sur les puces de silicium. Si on prolonge la loi de Moore, les gravures seront effectuées au niveau atomique à l’horizon 2020. Néanmoins des complications apparaissent à cette échelle, les phénomènes quantiques ne pouvant plus être contournés, et plusieurs experts prévoient les premiers écarts à la loi de Moore à cette occasion. L’idée de l’ordinateur quantique émerge, entre autre, de ce contexte : ne pas voir l’échelle atomique comme une barrière, mais comme l’occasion d’une nouvelle rupture, conceptuelle et technologique.

La mécanique quantique est la théorie physique qui régit les systèmes à l’échelle de l’atome. Elle s’oppose à la description dite classique ou newtonienne des corps en ce qu’elle est purement probabiliste : un objet n’est plus défini par sa position et sa vitesse à un instant donné, mais par la probabilité qu’il a d’être en un point à un instant donné. Ses implications physiques sont pour la plupart contre-intuitives, mais la remarquable concordance entre ses prédictions théoriques et les mesures expérimentales depuis son élaboration au début du XXè siècle tendent à asseoir sa légitimité.

Le concept d’ordinateur quantique vise à mettre à profit le principe de superposition, au fondement même de la mécanique quantique. Les qubits (équivalents quantiques des bits classiques) ne sont plus astreints à être dans l’un des états 0 ou 1 comme dans un ordinateur conventionnel, mais peuvent être dans une superposition de ces deux états (à la fois 0 et 1). En pratique, la réalisation de ces qubits se fait à l’aide de systèmes quantiques (particules de spin ½ le plus souvent) dans des états superposés particuliers, on parle d’états intriqués.

Bref historique de l’informatique quantique

1981 -
Le physicien Richard Feynman constate que les simulations de mécanique quantique demandent des puissances de calcul considérables, il en vient à formuler : "Au lieu de nous plaindre que la simulation des phénomènes quantiques demande des puissances énormes à nos ordinateurs actuels, utilisons la puissance de calcul des phénomènes quantiques pour dépasser nos ordinateurs actuels" et envisage l’idée d’un calculateur quantique. Ne proposant pas d’applications en dehors de la simulation physique, son idée ne suscitera pas l’engouement de la communauté scientifique.

1985 - Le physicien David Deutsch formalise le concept d’ordinateur quantique.

1994 - Peter Shor découvre un algorithme quantique permettant de factoriser un nombre en temps raisonnable (temps polynômial). C’est le début du réel engouement pour l’informatique quantique.

1998 - IBM présente un calculateur quantique à 2 qubits.

2006 - Premier calculateur quantique à 12 qubits.

2009 - Des chercheurs de l’université de Yale créent le premier processeur quantique élémentaire (2 qubits) capable d’exécuter des algorithmes simples.

2012 - La société Canadienne D-Wave annonce avoir réalisé un ordinateur quantique à 512 qubits (la nature quantique du calculateur restant controversée)



[1] Lockheed Martin est la première entreprise américaine et mondiale de défense et de sécurité. Son intérêt pour l’ordinateur quantique résiderait dans sa possibilité d’effectuer des simulations lourdes d’aéronautique.



A lire également :

University of Southern California (USC) écrit l’histoire de l’informatique quantique (Partie 2/2)
BE Etats-Unis 376 (29/08/2014)
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/76652.htm

Sources :


- [2] "D-Wave Sells Quantum Computer to Lockheed Martin" - Forbes - Alex Knapp - 25/05/2011 - http://www.forbes.com/sites/alexknapp/2011/05/25/d-wave-sells-quantum-computer-to-lockheed-martin/
- [3] "Entanglement in a Quantum Annealing Processor" - Physical Review X - Col. - 29/05/2014 - http://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.4.021041
- "Quantum phenomenon shown in $15m D-Wave computer" - BBC - 30/05/2014 - http://www.bbc.com/news/science-environment-27632140
- "Calculateur Quantique" - Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Calculateur_quantique

Rédacteurs :


- Nicolas Berkouk, Los Angeles, Stagiaire, nicolas.berkouk@polytechnique.edu ;
- Retrouvez toutes l’actualité sur la Californie du Sud sur : http://consulfrance-losangeles.org/spip.php?rubrique241
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….