Le nouvel ordinateur quantique de D-Wave est inscrutable et ouvert aux affaires

En théorie, les ordinateurs quantiques devraient être plus rapides à résoudre de nombreux problèmes que les ordinateurs classiques. Mais parce que leurs composants sont extrêmement délicats, les ordinateurs quantiques existants sont encore rudimentaires et sujets aux erreurs, et les chercheurs universitaires et industriels n’ont pas encore démontré une utilisation rentable pour eux. À la recherche d’applications commerciales, les entreprises ont construit des dispositifs quantiques de plus en plus complexes. Aujourd’hui, la société canadienne D-Wave a annoncé le dernier né de cette lignée de machines: son ordinateur quantique de cinquième génération, nommé Advantage, accessible aux clients via le cloud.

D-Wave a adapté cette mise à niveau en fonction des recommandations de ses utilisateurs, notamment des entreprises telles que Volkswagen, la société de conception de médicaments Menten AI et la chaîne d’épicerie canadienne Save-On-Foods. «Nous avons reçu environ 10 ans de commentaires d’utilisateurs et de clients sur ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas», a déclaré Mark Johnson, vice-président des produits quantiques chez D-Wave et physicien de formation.

Grâce à ces partenariats, D-Wave est à la recherche de façons dont ses appareils pourraient profiter aux entreprises. Comme les autres ordinateurs quantiques existants, les appareils D-Wave ne peuvent résoudre que des types spécifiques de problèmes. Les machines D-Wave sont particulièrement conçues pour résoudre rapidement les problèmes d’optimisation. Par exemple, Volkswagen a découvert que le dispositif quantique de D-Wave peut l’aider à minimiser les déchets lors du passage d’une couleur à l’autre tout en peignant ses voitures, selon Johnson.

Le nouveau dispositif de D-Wave se compose de 5000 minuscules circuits en niobium sur une puce, refroidis cryogéniquement jusqu’à un zéro absolu. Chaque circuit constitue un qubit, produisant un champ magnétique qui peut pointer dans l’une des deux directions pour représenter la valeur 1 ou 0, comme un bit classique. Mais comme ce champ magnétique se comporte de manière quantique, le qubit peut représenter des valeurs qui sont une superposition de 1 et de 0. Pour faire des maths, l’ordinateur de D-Wave manipule le champ magnétique des qubits selon un algorithme. Advantage contient 3000 qubits de plus que le modèle précédent de D-Wave, le 2000Q sorti en 2017. Plus un appareil a de qubits, plus il peut représenter de variables, ce qui lui permet de s’attaquer à des problèmes plus complexes, a déclaré Johnson. Les clients peuvent accéder à l’ordinateur en se connectant à distance via le service cloud de D-Wave, Leap.

Chaque qubit est connecté à 15 autres qubits, une augmentation par rapport à six dans les appareils D-Wave précédents. Avec des qubits mieux connectés, l’ordinateur peut résoudre les problèmes plus intelligemment pour réduire le risque d’erreurs, selon le chercheur en informatique quantique Nicholas Chancellor de l’Université de Durham, qui a utilisé des machines D-Wave dans le passé. «Je pense que l’augmentation de cette connectivité est une étape extrêmement importante», a déclaré la chancelière.

Parmi les ordinateurs quantiques, les dispositifs de D-Wave, connus sous le nom de recuits quantiques, calculent de manière distinctive. La plupart des entreprises, comme Google et IBM, ont ce que l’on appelle un ordinateur quantique à modèle de porte. Un ordinateur quantique à modèle de porte exécute un algorithme en modifiant activement chaque qubit étape par étape, comme des lignes de code dans un programme informatique traditionnel. En revanche, un recuit exécute un algorithme en plaçant des qubits dans un environnement technique, en refroidissant la température et en laissant les circuits changer leur valeur passivement. «La différence est de savoir si vous découpez le protocole en étapes distinctes ou si vous exécutez quelque chose sur l’ensemble de l’appareil en même temps», a déclaré le chancelier.

S’il est tentant de confronter les deux types d’ordinateurs, il est difficile de comparer leurs performances. Par exemple, même comparer le nombre de qubits sur différents appareils est simpliste et trompeur. À 5 000 qubits, l’avantage de D-Wave semblerait surpasser les appareils comme Google et IBM, dont les appareils phares ont moins de 100 qubits. Mais comme les ordinateurs fonctionnent si différemment, c’est comme comparer des pommes et des oranges. «Avoir plus de qubits n’est pas tout», a déclaré Juani Bermejo-Vega, chercheur en informatique quantique, de l’Université de Grenade. «Le contrôle de ces qubits est également important.»

Les experts, même au sein de D-Wave, ne comprennent pas complètement les mécanismes scientifiques derrière la manière dont les qubits de D-Wave arrivent à une réponse. Comparé à d’autres phénomènes de mécanique quantique, ses qubits fonctionnent à une température relativement chaude difficile à étudier. «Il est difficile de comprendre leur appareil», dit-elle.

Par conséquent, il n’est pas clair si les recuits quantiques peuvent vraiment offrir l’accélération exponentielle que la théorie prédit des ordinateurs quantiques, ce que les experts appellent «l’avantage quantique».

«C’est toujours une question ouverte», a déclaré William Oliver, chercheur en informatique quantique, du MIT. Mais il souligne qu’un manque d’avantage quantique ne signifie pas un manque de valeur commerciale. «Même si un recuit quantique n’est qu’un autre ordinateur classique, c’est peut-être un ordinateur classique qui est meilleur», a déclaré Oliver. D-Wave a également développé des algorithmes hybrides qui associent son annealer quantique à un ordinateur classique, à la recherche d’une valeur pratique à court terme.

L’ingénierie matérielle de D-Wave pourrait se traduire par des améliorations du matériel informatique quantique de modèle de porte, a déclaré Oliver. Les progrès dans le contrôle de milliers de composants refroidis cryogéniquement peuvent aider d’autres chercheurs à étendre leurs qubits supraconducteurs à grille à des systèmes plus grands.

D-Wave ne donne pas la priorité à l’avantage quantique, selon Johnson. Au lieu de cela, ils se concentrent sur ce qu’ils appellent «l’avantage client», a-t-il déclaré. «Pouvons-nous fournir aux gens une solution plus simple à mettre en œuvre, plus rapide à mettre en œuvre, moins coûteuse à mettre en œuvre, ou une combinaison des deux, par rapport à ce qu’ils font actuellement?» dit Johnson.

Comme le reste de l’industrie, l’objectif à long terme de D-Wave est de construire un ordinateur quantique universel capable de résoudre de nombreux types de problèmes, a déclaré Johnson. Mais cette tâche prendra probablement une décennie ou plus. Tout au long du voyage marathon vers sa machine de rêve, D-Wave recherche des utilisations de niche pour ses ordinateurs quantiques.