L'informatique quantique est en train de changer le visage de la science : une analyse approfondie de la dernière avancée d'IBM

Dans un contexte où la communauté scientifique attend avec impatience des ordinateurs quantiques plus grands et plus puissants, International Business Machines Corporation (IBM) et un groupe de chercheurs tentent de prouver que ces systèmes peuvent déjà être utilisés aujourd’hui. Ils y sont parvenus.

Un article préliminaire téléchargé mercredi sur la plateforme arXiv montre qu’IBM, en collaboration avec deux laboratoires nationaux et trois universités, a réussi à utiliser un ordinateur quantique pour simuler un processus invisible à l’œil nu, mais ayant une valeur d’application dans le domaine de la science des matériaux.

Les chercheurs ont utilisé la technique de diffusion des neutrons (qui consiste à faire passer un faisceau de neutrons à travers un échantillon) pour mesurer les propriétés des cristaux magnétiques et ont directement comparé les résultats de mesure avec les résultats de simulation exécutés sur l’ordinateur quantique d’IBM. Au final, le processeur quantique a réussi à démontrer le comportement attendu de ce cristal.

Si cette description semble un peu complexe, écoutons l’interprétation des chercheurs eux-mêmes : le physicien Alan S. Shay du laboratoire national de Los Alamos a déclaré que ce résultat « élève le seuil d’attente concernant les capacités des ordinateurs quantiques ».

(À gauche : résultats de l’expérience de diffusion des neutrons ; à droite : résultats de la simulation de l’ordinateur quantique d’IBM) Source de l’image : IBM

Les systèmes de matériaux au niveau quantique sont extrêmement complexes, et les ordinateurs classiques ont souvent du mal à les modéliser. L’ordinateur quantique a réussi à accomplir cette tâche, ce qui indique que de tels systèmes deviennent suffisamment puissants pour aider au développement de nouveaux matériaux.

Cela confirme également les perspectives d’application de la technologie quantique dans la science des matériaux - un domaine qui constitue le soutien fondamental de presque toutes les inventions modernes, des dispositifs médicaux aux semi-conducteurs en passant par les batteries.

Les scénarios d’application de l’informatique quantique deviennent progressivement plus clairs. Au début de ce mois, IBM a publié un plan de centre de données prévoyant l’intégration d’ordinateurs quantiques avec les GPU et CPU existants. En dehors de la science des matériaux, cette technologie aura également un impact profond sur les secteurs financier et pharmaceutique. Certains optimistes de l’industrie estiment qu’elle pourrait également réduire considérablement la consommation d’énergie des tâches à forte puissance de calcul.

Actuellement, les experts de l’industrie et les investisseurs dans le domaine quantique ont tous deux révisé leurs attentes à la baisse. Avant que les ordinateurs quantiques ne soient largement commercialisés, il sera encore difficile de les considérer comme véritablement « utilisables ». Pour y parvenir, une expansion à grande échelle doit être réalisée.

Néanmoins, la capacité démontrée par IBM lors de la dernière expérience, qui était initialement attendue avec l’arrivée d’ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes — c’est-à-dire des machines capables de continuer à fonctionner normalement même si certains composants échouent ou sont perturbés.

Tout comme les ordinateurs classiques codent des informations de base en bits, les ordinateurs quantiques dépendent des qubits. Cependant, il existe une différence clé : les qubits sont généralement générés par le contrôle et la mesure de particules telles que des photons, des électrons ou des ions piégés.

De plus, contrairement aux bits traditionnels, les qubits sont particulièrement sensibles aux variations de l’environnement — tout facteur, de la chaleur à l’interférence électromagnétique, peut perturber leur état quantique fragile, entraînant des pannes de l’ordinateur.

L’objectif d’IBM est de livrer son premier superordinateur quantique tolérant aux pannes, codé “Starling”, d’ici 2029, avec une capacité de traitement prévue qui sera 20 000 fois celle des ordinateurs quantiques d’aujourd’hui.

De nombreux changements pourraient - et devront - se produire au cours des trois prochaines années. La dernière expérience d’IBM n’est qu’un début.