Les calculateurs NISQ : pour valider ce qui « marche »

Contrairement aux principes classiques, une particule quantique peut être dans différents états simultanément.

Appliqué à l’informatique, un bit « classique » est soit dans l’état 0, soit dans l’état 1. Un bit quantique (qubit ou « quantum bit ») est à la fois dans les états 0 et 1. C’est le principe de superposition qui permet à une particule d’être à la fois dans plusieurs des états de la base qui la caractérise.

Mais la « décohérence quantique »,  c’est-à-dire la particularité des qubits à perdre leurs propriétés quantiques à cause de leur extrême sensibilité à leur environnement, a un impact non négligeable sur les résultats obtenus par un système quantique (des erreurs dues, entre autres, au bruit environnant).

Pour l’instant, on parvient à stabiliser une vingtaine de qubits de façon opérationnelle et une cinquantaine dans un cadre expérimental. Le niveau supérieur est atteint avec les systèmes baptisés Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ).

Coprocesseur quantique

Ils sont capables de stabiliser 50 à 100 qubits. Mais cette période de stabilité est trop courte pour réaliser certaines opérations. Même si leur précision ne peut être retenue, ils permettent de démontrer que cela « marche », que les algorithmes sont valides.

Ils pourraient permettre de découvrir de nouveaux matériaux pour l’électronique (panneaux solaires plus efficaces, ordinateurs plus rapides, caméras thermiques plus sensibles…) ou de mieux comprendre le comportement d’une molécule dans son environnement naturel.

Autre opportunité très importante pour les NISQ dans les cinq à dix prochaines années : la simulation des processus chimiques et des catalyseurs. Ces derniers sont des substances qui accélèrent les réactions chimiques. Ils sont au cœur de toute l’industrie chimique et sont utilisés chaque jour dans la production de médicaments, de matériaux, de cosmétiques, de parfums…

Aujourd’hui, de nombreuses startups travaillent sur ce concept, et notamment avec des algorithmes hybrides (quantique/classique). Dans ce cas, un ordinateur quantique est composé de parties constituées de technologies et d’architectures classiques. Elles permettent de piloter et de contrôler des parties exploitant des phénomènes quantiques pour ces calculs. On parle alors de coprocesseur quantique.

Quelques années seront encore nécessaires avant que les NISQ soient réellement au point. Mais le potentiel est énorme. Dans un ordinateur classique, la croissance de la puissance est linéaire en nombre de bits et de transistors.

Un ordinateur quantique peut doubler sa puissance de calcul à chaque qubit ajouté !