Des centaines de sociétés informatiques quantiques du monde entier se précipitent pour commercialiser ces appareils autrefois exotiques, mais le jury est toujours sur qui va prendre de l'avant et produire une machine qui fait en fait quelque chose d'utile
La course est en cours pour construire un ordinateur quantique utile
Il n'y a jamais eu de meilleur moment pour être dans le secteur de l'informatique quantique. «Il y a environ 10 ans, il n'était pas évident que l'informatique quantique était plus qu'une expérience de laboratoire intéressante. Depuis lors, tout un écosystème mondialisé a émergé », explique Laurent Prost à la start-up de l'informatique quantique française Alice & Bob, l'une des centaines d'entreprises du secteur. Krysta Svore chez Microsoft le dit encore plus succinctement: «Les ordinateurs quantiques fonctionnent».
Mais travailler sur quoi? Les utilisations pratiques pour les ordinateurs quantiques restent limitées, sans aucun signe de la capacité prometteuse depuis longtemps à résoudre des problèmes qui ne peuvent pas être résolus par les ordinateurs traditionnels. Pour tenir cette promesse, ils doivent devenir suffisamment importants pour exécuter des calculs compliqués et ils doivent faire moins d'erreurs pour s'assurer que ces calculs sont significatifs. Les deux problèmes se composent également: l'ajout de plus de qubits, qui sont les éléments constitutifs de n'importe quel ordinateur quantique, à un appareil introduit généralement plus d'erreurs.
Pour contourner cela, les chercheurs ont commencé à regrouper les qubits physiques en «qubits logiques» qui peuvent capter et corriger les erreurs au fur et à mesure. «Vous devez être en mesure de détecter les erreurs, de corriger les erreurs et de faire tout cela pendant le calcul», explique Svore. Le chemin de base vers des ordinateurs quantiques vraiment utiles est donc de créer un appareil avec autant de qubits logiques que possible. Mais en réalité, plutôt qu'il y a un seul itinéraire, les concurrents du monde entier adoptent des approches très différentes dans l'espoir de remporter le grand prix.
D'une mesure, le start-up basé en Californie Atom Computing est en avance sur le pack. Il détient le record du plus grand ordinateur quantique à ce jour, avec 1180 qubits fabriqués à partir d'atomes Ytterbium extrêmement froids, également appelés «atomes neutres» car ils n'ont pas de charge électrique. Une autre start-up, Pasqal, a récemment rapporté assembler 1110 atomes dans ses processeurs informatiques quantiques, sans les utiliser pour des calculs, tandis qu'une équipe de recherche à l'Université des sciences et de la technologie de la Chine à Hefei a montré que l'intelligence artificielle pouvait être utilisée pour faire Un tel assemblage plus facile et plus facile.
«Il y a eu des progrès incroyables. Nous avons surmonté la bosse de «pouvez-vous construire un système? à «Pouvez-vous le construire mieux?» », explique Ben Bloom à Atom Computing. «Je pense que les atomes neutres sont en tête.»
Mais les nombres purs peuvent ne pas suffire. «La construction d'ordinateurs quantiques utiles implique un travail au-delà de la construction de meilleurs qubits», explique Nicholas Harrigan chez Nvidia, qui ne construit pas son propre matériel informatique quantique, mais s'associe à plusieurs sociétés pour développer les meilleures façons de les utiliser. D'autres piliers de l'industrie informatique traditionnelle ont eu la même idée: l'année dernière, Microsoft a travaillé avec l'atome informatique pour créer 24 qubits logiques liés par enchevêtrement quantique, une première étape nécessaire sur le chemin vers des appareils utiles.
Cela ne suffisait pas à battre la start-up neutre de Boston Quera, qui a démontré plus de 40 qubits logiques. Mais Quera ne peut pas non plus réclamer la couronne de qubit logique – qui appartient à une start-up appelée Quantinuum, qui a maintenant créé et enchevré 50 qubits logiques, en prenant les devants. Plus tard cette année, l'entreprise lancera un ordinateur quantique qui pourra encoder un billion de fois plus d'informations que sa machine déjà record, explique Rajeeb Hazra de Quannuum.
La flexibilité est roi
Quannuum adopte une approche différente de ses qubits, en utilisant des ions ytterbium chargés maintenus en place par des champs électromagnétiques, plutôt que des atomes neutres. Ces qubits «piégés» sont également poursuivis par des sociétés comme Oxford Ionics et Ionq, basée au Maryland. Un avantage des deux types de partage matériel est la facilité de changement des connexions entre les qubits, explique John Gamble chez Ionq, ce qui les rend plus susceptibles d'exécuter fidèlement de nombreux algorithmes différents, y compris différentes façons de connecter les qubits physiques dans des qubits logiques pour la correction d'erreurs. «La flexibilité et la polyvalence sont roi en ce moment», dit-il.
Cette flexibilité fait partie de la raison pour laquelle les bailleurs de fonds piégés en ions et en atomes neutres espèrent éventuellement dépasser les géants de la technologie comme Google et IBM. Google, en particulier, se profile dans l'industrie de l'informatique quantique, ayant été d'abord revendiqué «suprématie quantique» – la possibilité d'exécuter un calcul selon lequel un ordinateur conventionnel n'a jamais pu – en 2019. Bien que cela ait été contesté plus tard, Google l'a revendiqué à nouveau dans 2024 avec une nouvelle puce appelée Willow qui, selon elle, pourrait effectuer une tâche de calcul spécifique en 5 minutes qui prendrait le premier supercalculateur conventionnel au monde sur 10 septillions.
Google et IBM fabriquent leurs qubits à partir de minuscules circuits supraconducteurs qui ont leurs propres avantages, en ce sens qu'ils peuvent exécuter des calculs plus rapidement que leurs homologues atomiques et ioniques et sont parfois plus fiables comparativement. Avec des atomes neutres, certains des qubits courent toujours le risque de transition hors de leurs états quantiques contrôlés par le laser avec le laser précisément.
Mais ces avantages peuvent ne pas être suffisants pour vraiment prendre de l'avance sur la concurrence. Les qubits supraconducteurs sont câblés en place et ne se connectent facilement à leurs voisins les plus proches. Cela rend beaucoup plus difficile de mettre en œuvre plusieurs des algorithmes de correction des erreurs qui ont été développés plus récemment et d'expérimenter davantage ces codes.
«Les développements avec de nouveaux codes de correction des erreurs se sont produits très rapidement, et je serais surpris si c'était la fin», explique Gamble. Bloom dit qu'il travaillait avec d'autres types d'ordinateurs quantiques, mais qu'il se concentre sur les qubits d'atomes neutres car ils semblaient offrir plus de solutions aux défis fondamentaux du domaine. Une fois le favori de l'industrie, l'approche supraconductrice pourrait désormais risquer de manquer de route.
Cela ne veut pas dire que les efforts de Google ont été vains. La société a démontré que l'ajout de qubits physiques aux qubits logiques de Willow augmente leurs capacités de correction des erreurs, une étape vitale dans la fabrication d'ordinateurs à grande échelle.
Étendue
En attendant, le processeur quantum Condor d'IBM n'a que 59 qubits de moins que la machine record d'Atom Computing et l'entreprise est sur la bonne voie pour violer 4000 Qubits en 2026. Machines plus grandes et plus puissantes. La société estime que cela leur permettra également d'implémenter plus de codes de correction des erreurs que les concurrents directs comme Google.
David Rivas à Rigetti Computing, qui se spécialise également dans les qubits supraconducteurs, dit que, à son avis, les ordinateurs quantiques supraconducteurs n'ont pas encore frappé une impasse. Il y a de la valeur dans ce type d'ordinateur quantique «comme nous parlons», dit-il. Rigetti Computing vend un ordinateur quantique prêt à navire avec 9 Qubits, ainsi qu'un accès à un processeur quantique plus grand de 84 qubit, et Rivas dit que l'entreprise a vendu des ordinateurs quantiques aux laboratoires gouvernementaux et aux entreprises commerciales, principalement pour des explorations plus approfondies de la technologie.
Alice & Bob fabrique également ses qubits à partir de composants supraconducteurs, mais sa conception de base diffère des autres en priorisant la suppression des erreurs avant même de créer des qubits logiques. Pour cette raison, les chercheurs d'Alice & Bob pensent qu'ils pourraient atteindre l'informatique quantique entièrement sans erreur avec des milliers de qubits où leurs concurrents peuvent avoir à construire des millions. Ils n'ont pas encore démontré de qubits logiques, mais visent à avoir un ordinateur quantique vraiment utile d'ici 2030.
Des délais similaires de cinq ans se profilent pour de nombreux concurrents dans la course à la construction d'un ordinateur quantique utile, mais la start-up quantique basée en Californie Psiquantum a le plan le plus ambitieux. L'entreprise a des démonstrations et des expériences d'avant les appareils et vise à présenter un ordinateur quantique à grande échelle de type supercalculateur en 2027. Ses qubits seront fabriqués à partir de particules uniques de lumière ou de photons, et l'équipe s'est concentrée sur Intégrer des composants traditionnellement complexes, tels que des lasers et des lentilles qui contrôlent ces particules, sur des puces semi-conductrices qui pourraient être facilement fabriquées à l'échelle industrielle.
«Nous sommes en train de définir des délais très difficiles pour nous-mêmes et nous avons des raisons rationnelles et fondées sur des preuves de croire que c'est faisable», explique Pete Shadbolt à Psiquantum.
D'autres sociétés informatiques quantiques spécialisées dans l'utilisation des photons ont emprunté un chemin plus traditionnel. En 2021, Xanadu a démontré une puce de calcul quantique photonique qui pourrait exécuter plusieurs algorithmes, tandis qu'une autre start-up informatique quantique photonique, Quandela, vend déjà une machine à 12 qubit avec une conception modulaire qui l'installe pour des mises à niveau plus faciles à l'avenir.
Avec autant de plateformes de qubit à choisir, qui est susceptible de prendre de l'avance? John Preskill au California Institute of Technology, un observateur de longue date de l'industrie, parie provisoirement sur les atomes. Les perspectives d'en faire beaucoup et de pouvoir les connecter de la bonne façon pour votre algorithme quantique en font les plus prometteurs, dit-il. «Je pense que ce qu'un (ordinateur quantique d'atomes neutre) pourrait faire avec quelques fois 10 000 qubits serait comparable à ce que, dans un ordinateur quantique supraconducteur, pourrait nécessiter des centaines de milliers de qubits.»
Mais le meilleur qubit est peut-être celui que vous ne remarquez même jamais. Les chercheurs en informatique quantique d'aujourd'hui veulent que les ingénieurs du futur considèrent leurs appareils comme une seule autre grande ressource informatique, aux côtés du supercalcul traditionnel ou de l'IA, plutôt que des machines exotiques où il peut encore être important de comprendre le moteur du matériel. «J'espère que finalement, personne n'aura plus jamais à penser aux qubits physiques», explique Bloom. À ce stade, les ordinateurs quantiques ne fonctionnent peut-être pas seulement, mais s'attaquer aux problèmes qui pourraient vraiment changer le monde.
Les utilisations surprenantes d'un ordinateur quantique
Bien que l'industrie de l'informatique quantique soit toujours la meilleure façon de construire ses appareils (voir l'histoire principale), d'autres industries essaient déjà de les mettre au travail dans des endroits surprenants. Par exemple, Cleveland Clinic, un centre médical à but non lucratif de l'Ohio, abrite l'un des ordinateurs quantiques d'IBM – le premier au monde à être uniquement dédié à la recherche sur les soins de santé. Ailleurs dans les soins de santé, la société de biotechnologie Moderna, maintenant connue pour ses vaccins d'ARNm, a déjà utilisé des ordinateurs quantiques IBM pour calculer le comportement de certaines molécules qui peuvent être pertinentes pour son processus de développement de médicaments.
Les banques sont de grands bailleurs de fonds quantiques, avec HSBC, JP Morgan Chase, Goldman Sachs et Wells Fargo hébergeant tous leurs propres divisions quantiques, qui sont chargées d'explorer des algorithmes quantiques pour l'optimisation des prix et les processus de vérification des transactions ultra-sécurisés. En fait, en 2024, Quannuum s'est associé à Mitsui & Co., l'une des plus grandes sociétés commerciales du Japon, pour démontrer un test à l'échelle de laboratoire de jetons quantiques – un peu comme une version quantique de la crypto-monnaie.
La géante automobile BMW a également été investie et explore l'informatique quantique depuis 2017, en vue d'utiliser ces nouveaux ordinateurs pour développer de nouveaux matériaux et optimiser la logistique de l'entreprise. Mais toutes ces expériences quantiques ne fonctionnent pas – en 2024, par exemple, la société de commerce électronique chinoise et de compusement de cloud Alibaba et le principal fournisseur de recherche sur Internet du pays, Baidu, ont tous deux fermé leurs laboratoires de recherche en informatique quantique.
