« Suprématie quantique » chez Google ? IBM réfute, Intel regarde ailleurs

Après un faux départ, Google affirme haut et fort avoir atteint la suprématie quantique, IBM et d'autres ne sont pas d'accord. Il ne s'agit dans tous les cas « que » d'une étape – certes hautement symbolique –, mais qui n'implique pas une fin en soi. Les travaux continuent et la démocratisation des calculateurs quantiques n'est pas pour demain.

Mi-septembre, un billet de blog était brièvement publié sur l'un des sites de la NASA, avant d'être rapidement retiré sans aucune explication. On pouvait y lire que Google affirmait avoir atteint rien de moins que la suprématie quantique. Erreur ou publication partie trop tôt ? La seconde hypothèse était privilégiée et s'est avérée être la bonne.

Après un mois de flottement, le géant du Net et la NASA sortent de leur silence avec une nouvelle publication qui s'intitule « l'informatique fait un bond en avant ». On y apprend que la société de Mountain View affirme avoir touché au but, en mettant en avant une publication dans Nature le 23 octobre : « Suprématie quantique utilisant un processeur supraconducteur programmable ».

Elle explique que la puce Sycamore avec 53 qubits (des bits quantiques) aurait « effectué un calcul en 200 secondes qui prendrait 10 000 ans au supercalculateur le plus rapide du monde ». IBM, qui est également dans la course à l'informatique quantique, ne partage pas cette conclusion et avance ses propres arguments. Le mathématicien Gil Kalai se montre également très sceptique, tandis qu'Intel préfère se focaliser sur un autre objectif.

Définition de la « suprématie quantique » et enjeux

Avant d'entrer dans le vif du sujet, commençons par un rappel : qu'appelle-t-on exactement suprématie quantique ? Pour le CNRS, il s'agit « de prouver expérimentalement l’avantage du quantique sur le classique pour un algorithme donné ».

La physicienne Pascale Senellart-Mardon, directrice de recherche (spécialisée dans la nanophotonique) et médaille d'argent du CNRS en 2014, donnait il y a une dizaine de jours une explication lors d'une interview pour Le Blob, l’extra-média : « un processeur, aussi imparfait soit-il, mais qui commencerait à pouvoir faire des calculs qu'un ordinateur classique ferait sur une échelle de temps très longue. Ce point de passage, c'est ce qu'on appelle la suprématie quantique ».

Elle revenait ensuite sur le cas de Google qui « a annoncé récemment en collaboration avec la NASA avoir atteint la suprématie quantique ». « Le travail est encore en cours d'évaluation probablement par les pairs », expliquait-elle une dizaine de jours avant la mise en ligne de la publication dans Nature. Les pairs semblent avoir désormais approuvé la publication.

Machine quantique de Google et processeur Sycamore

La course à la suprématie quantique n'est pas nouvelle, remontant aux années 80 lorsqu'une telle machine a été imaginée. Dans sa revue de presse de septembre 2019, le Centre national de la recherche scientifique « estime qu’il faudrait une cinquantaine de qubits pour atteindre cette suprématie ». Or, c'est justement le cas de la machine de Google (et celle d'IBM).

Le CNRS rappelle au passage le point de vue d'autres scientifiques, notamment du mathématicien Gil Kalai : « la suprématie quantique est en fait inaccessible pour des raisons de taux d’erreur intrinsèquement trop élevés ».

Mais la pureté scientifique doit faire face à une réalité : « Il y a une énorme compétition scientifique [et] il y a maintenant des enjeux économique et politique », rappelle Pascale Senellart-Mardon. Surtout, ce serait « la première fois qu'on arriverait à montrer qu'on arrive à faire quelque chose de nouveau et inaccessible par les technologies actuelles », ajoute-t-elle.

Être le premier à dépasser cette frontière permettrait, d'une certaine manière, à la société/institut à l'origine de cette découverte d'entrer dans l'histoire. 

Les explications de Google, la contre-expertise d'IBM

Pour mieux comprendre, revenons à l'affirmation de Google qui a travaillé en trois étapes : choisir un circuit, l'exécuter sur un ordinateur quantique et simuler les mêmes opérations sur ordinateur classique.

« Ensuite, on augmente progressivement la complexité des circuits. À un moment donné, il devient impossible pour l'ordinateur classique de suivre la cadence », explique le géant du Net. Au point de pouvoir affirmer avoir atteint la suprématie quantique, comme c'est le cas dans cette vidéo, quitte à parfois en faire un peu trop...

Des arguments battus en brèche par IBM : « Nous soutenons qu'une simulation idéale de la même tâche peut être effectuée sur un système classique en 2,5 jours et avec une fidélité beaucoup plus grande ».  Et non en 10 000 ans comme l'indique Google, ce qu'il oppose aux 200 secondes de son ordinateur quantique. Pour enfoncer le clou, IBM ajoute que c'est la « pire estimation » et que des optimisations devraient permettre de réduire encore le temps sur un supercalculateur. 

Big Blue surenchérit : « L'expérience de Google est une excellente démonstration des progrès de l’informatique quantique basée sur la supraconductivité, montrant les taux de fidélité des portes sur un périphérique de 53 bits, mais ne doit pas être considérée comme une preuve de la suprématie quantique ».

Une situation qui fait penser aux comparaisons affichées par les constructeurs pour vanter leurs solutions dans le domaine de l'intelligence artificielle, optimisant leur code au maximum, mais faisant l'inverse avec les solutions concurrentes. Bref, une belle avancée technologique (ce que personne ne remet en question), mais rien de plus.

Vous n'avez pas les bases et comprenez mal le terme « suprématie »

Pour IBM, la définition même de la suprématie quantique est biaisée dans la communication de Google. « Le terme "suprématie" est mal compris de presque tout le monde (en dehors de quelques rares experts en informatique quantique pouvant le situer dans le contexte approprié). Un titre dans le genre "la suprématie quantique est là" est presque irrésistible à utiliser, mais il induira inévitablement en erreur le grand public ».

Toujours selon IBM, « l'objectif n'a pas été atteint selon sa définition la plus stricte. Mais plus fondamentalement, parce que les ordinateurs quantiques ne régneront jamais en maitre sur les ordinateurs classiques, ils travailleront plutôt de concert avec eux, car ils ont chacun leurs points forts ».

Contrairement au premier contre argument, cette hypothèse nous semble assez hasardeuse dans le sens où rares sont ceux qui pensent actuellement, hors des profanes et des équipes marketing, qu'une machine quantique remplacera un ordinateur classique ; elle sera en effet dédiée à certaines tâches spécifiques. Le but n'est évidemment pas d'avoir des ordinateurs de bureau quantique pour lancer un traitement de texte et le démineur...

Dans un billet de blog, le mathématicien Gil Kalai parle bien de « progrès ahurissants » dans le monde de l'informatique quantique, mais d'une revendication de suprématie « probablement fausse » de la part de Google, et ce, malgré la mise en ligne de la publication dans Nature.

En s'appuyant sur les données disponibles, le mathématicien « trouve toujours le document très peu convaincant, en particulier que les quelques expériences vérifiables ne peuvent pas servir de base sérieuse aux affirmations fantastiques qui sont elles invérifiables ». Il n'y va pas avec le dos de la cuillère : « les résultats dans la publication de Google sont fondamentalement erronés », détaillant en longueur son raisonnement.

Intel veut du « réalisme quantique »

Après avoir félicité Google, Intel préfère dévoiler sa vision de l'informatique quantique, avant tout commerciale. Peu importe la suprématie à un instant « t », il faut continuer les travaux pour atteindre le « réalisme quantique ».

Pour cela, le géant de Santa Clara dit travailler sur des problématiques existantes, dont la coupe maximum (MAX-CUT). La société détaille ses travaux : « Nous avons choisi Max-Cut comme scénario de test, car il est largement utilisé dans toutes les activités, de la gestion du trafic à la conception électronique, et parce que c'est un algorithme qui devient exponentiellement plus compliqué à mesure que le nombre de variables augmente ».

Avec cette problématique, Sycamore et ses 53 qubits peuvent se rhabiller selon Intel : « Après des simulations approfondies, nos recherches suggèrent qu'il faudra au moins des centaines, voire des milliers, de qubits fonctionnant de manière fiable avant que les ordinateurs quantiques puissent résoudre les problèmes concrets plus rapidement que les superordinateurs. En d’autres termes, il faudra peut-être des années avant que l’industrie puisse développer un processeur quantique fonctionnel de cette taille. Il reste donc encore beaucoup à faire ».

Pour le fondeur, le trophée reste à prendre.

L'état quantique de la suprématie quantique

Ironiquement, la situation actuelle pourrait elle-même être qualifiée de « quantique » (les puristes nous pardonneront) : Google aurait à la fois atteint la suprématie quantique sans l'atteindre pour autant ; cela dépend des points de vue.

Qu'importe pour Intel qui dit laisser cette guerre de bac à sable à Google et IBM pour se concentrer sur son « réalisme quantique ». Une guerre d'égo ou chacun avance ses arguments et montre ses muscles, sur fond d'une véritable révolution informatique qui a débuté il y a plusieurs dizaines d'années et qui n'est dans tous les cas pas prête de se terminer. 

Suprématie ou pas, peu importe finalement : les machines quantiques progressent rapidement, au fur et à mesure que leurs nombres de qubits augmentent, multipliant ainsi les possibilités de calculs.

Si les jours des supercalculateurs sont comptés sur des tâches précises, les contraintes physiques pesant actuellement sur les machines quantiques ne doivent pas être prises à la légère. De tout cela, il ne ressort qu'une certitude : pour tout ce petit monde il s'agit de s'assurer d'être bien placé dans la course à la puissance quantique quand celle-ci trouvera des débouchés concrets et commerciaux.