L'une des principales tâches scientifiques de notre époque a été la course à la création du premier ordinateur quantique utile. Des milliers de physiciens et d'ingénieurs y participent. Leurs concepts sont développés par IBM, Google, Alibaba, Microsoft et Intel. Comment un appareil informatique puissant change-t-il notre monde et pourquoi est-il si important?
Imaginez un instant: un ordinateur quantique à part entière est créé. Il est devenu un élément familier et naturel de notre vie. L'informatique classique n'est désormais parlée qu'à l'école, dans les cours d'histoire. Quelque part au fond des sous-sols froids, des machines puissantes fonctionnent avec des qubits pour soutenir le travail de robots équipés d'intelligence artificielle. Ils accomplissent toutes les choses dangereuses et simplement monotones. En parcourant le parc, vous regardez autour de vous et voyez toutes sortes de robots. Des créatures humanoïdes promènent des chiens, vendent des glaces, réparent le câblage, balaient le territoire. Certains modèles remplacent les animaux domestiques.
Nous avons eu l'occasion de découvrir tous les secrets de l'univers et de regarder à l'intérieur de nous-mêmes. La médecine a atteint un nouveau niveau - des médicaments innovants sont développés chaque semaine. Nous pouvons prédire et déterminer où se trouvent les ressources rares, telles que le gaz et le pétrole. Le problème du réchauffement climatique a été résolu, les méthodes de conservation de l'énergie ont été optimisées, il n'y a plus d'embouteillages dans les villes. Un ordinateur quantique contrôle non seulement toutes les machines robotiques, mais fournit également la liberté de mouvement: surveille la situation sur les routes, corrige les itinéraires et intercepte le contrôle des conducteurs si nécessaire. Voilà à quoi pourrait ressembler un âge quantique.
Ruée vers l'or quantique
Les perspectives d'application sont stupéfiantes, de sorte que les investissements dans les développements quantiques augmentent chaque année. Le marché mondial de l'informatique quantique était évalué à 81,6 millions de dollars en 2018. Les experts de Market.us suggèrent que d'ici 2026, il atteindra 381,6 millions de dollars américains. Autrement dit, il augmentera en moyenne de 21,26% par an de 2019 à 2026.
Cette croissance est alimentée par l'utilisation croissante de la cryptographie quantique dans les applications de sécurité et est stimulée par les investissements des parties intéressées sur le marché de l'informatique quantique. Au début de cette année, selon une analyse de la revue scientifique Nature, les investisseurs privés ont financé au moins 52 entreprises de technologie quantique dans le monde. Des acteurs aussi importants que IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, D-Wave Systems ont du mal à créer un ordinateur quantique pratiquement applicable.
Oui, alors que l'argent circulant dans ce domaine chaque année représente un petit coût (à titre de comparaison: en 2018, les investissements dans l'IA s'élevaient à 9,3 milliards de dollars américains). Mais ces chiffres sont importants pour une industrie immature qui ne peut pas encore se targuer d'indicateurs de performance.
Résolution de problèmes quantiques
Vous devez comprendre qu'aujourd'hui la technologie en est encore à ses balbutiements. Il n'a été possible de créer que des prototypes de machines quantiques, des systèmes expérimentaux uniques. Ils sont capables d'exécuter des algorithmes fixes de faible complexité. Le premier ordinateur à 2 qubits a été créé en 1998 et il a fallu 21 ans à l'humanité pour amener les appareils au bon niveau, la soi-disant «supériorité quantique». Ce terme a été inventé par le professeur du California Institute of Technology John Preskill. Et cela signifie la capacité des appareils quantiques à résoudre les problèmes plus rapidement que les ordinateurs classiques les plus puissants.
Une percée dans ce domaine a été réalisée par Google, basé en Californie. En septembre 2019, la société a annoncé que son appareil Sycamore à 53 qubits en 200 secondes avait fait le calcul, ce qui aurait pris 10 000 ans pour le supercalculateur le plus moderne. Cette déclaration a provoqué beaucoup de controverse. IBM était catégoriquement en désaccord avec de tels calculs. La société a écrit sur son blog que son supercalculateur Summit ferait cela en 2,5 jours. Et tout ce qui est nécessaire est d'augmenter la capacité de stockage du disque. Bien qu'en réalité la différence ne soit pas si colossale, Google a vraiment été le premier à atteindre la «supériorité quantique». Et c'est une étape importante dans la recherche informatique. Mais pas plus que ça. L'exploit Sycamore est uniquement à des fins de démonstration. Il n'a pas d'application pratique et est inutile pour résoudre de vrais problèmes.
Le principal problème est le matériel. Si les bits de calcul traditionnels ont une valeur de 0 ou 1, alors dans un monde quantique étrange, les qubits peuvent être dans les deux états en même temps. Cette propriété est appelée superposition. Les qubits sont comme des toupies: ils tournent simultanément dans le sens horaire et antihoraire, ils montent et descendent. Si vous trouvez cela déroutant, alors vous êtes en bonne compagnie. Richard Feynman a dit un jour: "Si vous pensez que vous comprenez la mécanique quantique, alors vous ne le comprenez pas." Paroles audacieuses d'un homme qui a reçu le prix Nobel de ... mécanique quantique.
Ainsi, les qubits sont extrêmement instables et soumis à des influences externes. Une machine passant sous les fenêtres du laboratoire, le bruit interne du système de refroidissement, une particule cosmique qui passe - toute interférence aléatoire, toute interaction viole leur synchronisme et ils décroissent. C'est désastreux pour l'informatique.
La question clé pour le développement de l'informatique quantique est de savoir quelle solution matérielle parmi de nombreuses étudiées assurera la stabilité des qubits. Quiconque résout le problème de la violation de cohérence et rend les ordinateurs quantiques aussi courants que les GPU recevra le prix Nobel et deviendra la personne la plus riche du monde.
Le chemin de la commercialisation
En 2011, la société canadienne D-Wave Systems Inc. le premier à vendre des ordinateurs quantiques, bien que leur utilité se limite à certains problèmes mathématiques. Et dans les mois à venir, des millions de développeurs pourront commencer à utiliser des processeurs quantiques via le cloud - IBM promet de fournir un accès à son périphérique à 53 qubits. Jusqu'à présent, dans le cadre du programme appelé Q Network, 20 entreprises ont reçu un tel privilège. Parmi eux, Samsung Electronics, les constructeurs automobiles Honda Motor et Daimler, les sociétés chimiques JSR et Nagase, les banques JPMorgan Chase & Co. et barclays.
La plupart des entreprises qui expérimentent aujourd'hui l'informatique quantique les considèrent comme faisant partie intégrante de l'avenir. Maintenant, leur mission principale est de découvrir ce qui fonctionne dans l'informatique quantique et ce qui ne fonctionne pas. Et soyez le premier à introduire la technologie dans l'entreprise lorsqu'elle sera prête.
Organismes de transport. Volkswagen, en collaboration avec D-Wave, développe une application quantique - un système de contrôle du trafic. Le nouveau programme permettra aux organisations de transport public et aux compagnies de taxi des grandes villes d'utiliser plus efficacement leur flotte et de réduire les temps d'attente des passagers.
Le secteur de l'énergie. ExxonMobil et IBM font pression pour l'informatique à énergie quantique. Ils se concentrent sur le développement d'un certain nombre de nouvelles technologies énergétiques, l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L'étendue et la complexité des tâches auxquelles le secteur de l'énergie est confronté dépassent le cadre des ordinateurs traditionnels modernes et sont bien adaptées pour les tests sur les ordinateurs quantiques.
Entreprises pharmaceutiques. Accenture Labs s'est associé à 1QBit, une société de logiciels quantiques. En seulement 2 mois de recherche, ils ont ensuite testé le concept - l'application de la modélisation des interactions moléculaires complexes au niveau atomique. Grâce à la puissance de l'informatique quantique, il est devenu possible d'analyser de plus grosses molécules. Qu'est-ce que cela apportera à la société? Médicaments innovants avec le moins d'effets secondaires.
Secteur financier. Les technologies basées sur les principes de la théorie quantique attirent de plus en plus l'intérêt des banques. Ils sont intéressés à traiter les transactions, transactions et autres types de données le plus rapidement possible. Barclays et JP Morgan Chase (avec IBM), ainsi que NatWest (avec Fujitsu) mènent déjà leurs expériences de développement de logiciels spécialisés.
L'adoption par de si grandes sociétés et l'avènement de pionniers du quantum entreprenants témoignent de la viabilité commerciale du quantum. Nous voyons déjà comment l'informatique quantique est utilisée pour des tâches réelles - de l'amélioration de l'efficacité énergétique à l'optimisation des itinéraires des véhicules. Et surtout, la valeur de la technologie augmentera à mesure qu'elle se développera.