Le 9 décembre 2024, Hartmut Neven, responsable de l'équipe Google Quantum AI, a annoncé la sortie de leur dernière puce quantique, « Willow », qui a bouleversé le monde entier. Cette puce serait capable d'effectuer des calculs qui prendraient 10²⁵ ans aux superordinateurs les plus rapides, soit une durée largement supérieure à l'âge de l'univers. Cette avancée marque un bond en avant significatif dans la technologie de l'informatique quantique, qui pourrait révolutionner notre approche des problèmes informatiques complexes.
Dans cet article, nous allons explorer Willow, ses capacités, les problèmes qu'elle résout, ses avantages, ses applications et les avis des experts, afin de mieux comprendre comment elle s'inscrit dans le domaine plus large de l'informatique quantique.
Qu'est-ce que la puce Willow Quantum ?
La puce quantique Willow a été développée par l'équipe Google Quantum AI et lancée le 9 décembre 2024. Elle représente une avancée significative par rapport aux puces précédentes, telles que Sycamore, grâce à l'augmentation du nombre de bits quantiques (qubits) et à l'introduction de nouvelles techniques de correction d'erreurs et de cohérence des qubits. Avec 105 qubits physiques, Willow est conçue pour effectuer des calculs quantiques avec un niveau de précision et de fiabilité jusqu'alors inaccessible.
En informatique quantique, les qubits diffèrent considérablement des bits classiques. Alors que les bits classiques peuvent exister dans l'un des deux états (0 ou 1), un qubit peut exister dans une superposition des deux états simultanément. Cette capacité à représenter plusieurs états à la fois permet aux ordinateurs quantiques de traiter de grandes quantités de données en parallèle, ce qui les rend potentiellement beaucoup plus puissants que les ordinateurs classiques pour certaines tâches.
Quels problèmes Willow permet-il de résoudre ?
Willow s'attaque à plusieurs défis majeurs qui ont traditionnellement entravé les progrès de l'informatique quantique :
Correction d'erreurs quantiques - Réduction exponentielle des erreurs
L'un des plus grands défis de l'informatique quantique consiste à garantir la précision des calculs. Les qubits sont très sensibles au bruit environnemental, et même des perturbations mineures peuvent entraîner l'échec des calculs. Dans le passé, plus un système quantique utilisait de qubits, plus le taux d'erreur était élevé. Cependant, la récente avancée de Google publiée dans « Nature » montre que dans la puce Willow, plus le nombre de qubits utilisés est élevé, plus le taux d'erreur du système est faible et plus les propriétés quantiques sont prononcées.
Pour en savoir plus : Correction d'erreurs quantiques en dessous du seuil du code de surface
Willow introduit un système avancé de correction d'erreurs utilisant des « qubits logiques », qui répartissent les informations sur plusieurs qubits physiques, réduisant ainsi le taux d'erreur d'un facteur 20 par rapport aux modèles précédents. Cette réduction exponentielle du taux d'erreur répond à un défi majeur dans le domaine de la correction d'erreurs quantiques qui persiste depuis près de 30 ans. Elle marque une étape importante depuis la proposition de Peter Shor en 1995 et nous rapproche de la construction d'ordinateurs quantiques pratiques.
Augmentation du temps de cohérence des qubits - d'un facteur 5
Un autre défi majeur est le temps de cohérence des qubits. La cohérence désigne la capacité des qubits à maintenir leur état quantique suffisamment longtemps pour effectuer des calculs. Willow augmente le temps de cohérence de ses qubits à 100 microsecondes, ce qui représente une amélioration considérable par rapport aux puces quantiques précédentes telles que Sycamore, dont le temps de cohérence n'était que de 20 microsecondes. Cette amélioration permet à Willow d'effectuer des calculs plus complexes sans perdre d'informations quantiques.
Performances de calcul exceptionnelles : 5 minutes contre 10²⁵ années
Pour tester les performances de la puce Willow, Google a utilisé le problème du « random circuit sampling » (RCS), un défi largement considéré comme la « référence absolue » en informatique quantique. Cette tâche a été conçue pour déterminer si les ordinateurs quantiques pouvaient accomplir des tâches que les ordinateurs traditionnels jugeraient presque impossibles. Les résultats ont été stupéfiants : Willow a effectué un calcul en moins de cinq minutes, alors qu'il faudrait 10²⁵ ans aux superordinateurs les plus rapides pour y parvenir, soit une durée supérieure à l'âge de l'univers lui-même. Hartmut Neven, responsable du projet Quantum AI de Google, a fait remarquer que cette réussite rendait plus plausible l'idée d'un « calcul quantique simultané dans plusieurs univers parallèles », ce qui correspond à la théorie du multivers proposée par le physicien David Deutsch.
Avis d'experts sur Willow
La communauté des informaticiens quantiques a rapidement reconnu l'importance de Willow. Les experts saluent ses avancées en matière de correction d'erreurs quantiques et de cohérence des qubits. Barbara Terhal, physicienne à l'université technologique de Delft, a félicité Willow pour avoir démontré que l'augmentation de la taille de la grille des bits quantiques entraîne des améliorations exponentielles en matière de suppression des erreurs. Cette avancée pourrait ouvrir la voie à des ordinateurs quantiques encore plus puissants à l'avenir.
Julian Kelly, responsable du département matériel quantique chez Google, a souligné que les avancées réalisées par Willow ne constituent pas seulement une preuve de concept, mais un pas important vers l'informatique quantique pratique. « Il ne s'agit plus seulement d'un exercice académique », a-t-il déclaré. « Willow a prouvé que l'informatique quantique à grande échelle et fiable est à notre portée. »
Applications du saule
Si Willow trouve immédiatement des applications dans la recherche et le développement, son potentiel à long terme couvre un large éventail de secteurs :
Chimie quantique et découverte de médicaments
Les ordinateurs quantiques tels que Willow pourraient simuler des structures moléculaires et des réactions chimiques avec une précision sans précédent. Cela aurait un impact significatif sur des secteurs tels que l'industrie pharmaceutique, où la découverte de nouveaux médicaments pourrait être accélérée grâce à la simulation de molécules complexes.
Problèmes d'optimisation
L'informatique quantique excelle dans la résolution de problèmes d'optimisation, courants dans des secteurs tels que la logistique, la finance et l'industrie manufacturière. Willow pourrait être utilisé pour optimiser les chaînes d'approvisionnement, les portefeuilles financiers et même les systèmes de circulation, ce qui permettrait d'améliorer l'efficacité des opérations dans ces domaines.
Cryptographie
L'une des applications potentielles les plus connues de l'informatique quantique est le piratage des systèmes de cryptage classiques. Bien que cela soit souvent exagéré, les ordinateurs quantiques pourraient, en théorie, pirater certains protocoles cryptographiques qui reposent sur la factorisation en nombres premiers, un problème que les ordinateurs classiques ont du mal à résoudre efficacement.
Intelligence artificielle et apprentissage automatique
Bien que Willow ne soit pas conçu pour remplacer les GPU dans la formation de grands modèles linguistiques, il pourrait jouer un rôle dans l'accélération de certains aspects de l'apprentissage automatique, tels que l'optimisation et la reconnaissance de formes.
FAQ À propos de Willow
Comment Willow se compare-t-il aux puces quantiques précédentes ?
Willow représente une amélioration significative par rapport aux processeurs quantiques précédents tels que Sycamore. Il dispose d'un plus grand nombre de qubits, d'une durée de cohérence plus longue et d'une correction d'erreurs plus avancée, ce qui en fait une puce quantique beaucoup plus puissante et fiable.
Willow peut-il résoudre tous les problèmes informatiques ?
Non, Willow n'est pas une solution universelle à tous les problèmes informatiques. Bien qu'il excelle dans des tâches spécifiques telles que l'échantillonnage aléatoire de circuits, il n'est pas conçu pour remplacer les ordinateurs classiques dans toutes les applications. Les ordinateurs quantiques tels que Willow sont particulièrement adaptés aux problèmes difficiles à résoudre pour les ordinateurs classiques, tels que l'optimisation et les simulations complexes.
Will Willow remplacera-t-il les ordinateurs classiques ?
Non, Willow et les autres ordinateurs quantiques ne sont pas conçus pour remplacer les ordinateurs classiques. Ce sont des machines spécialisées qui excellent dans la résolution de certains types de problèmes. Les ordinateurs classiques resteront indispensables pour les tâches quotidiennes, tandis que les ordinateurs quantiques comme Willow les compléteront en s'attaquant à des défis plus complexes.
Conclusion
Willow représente une avancée significative dans le développement de l'informatique quantique, offrant un aperçu d'un avenir où les ordinateurs quantiques pourraient résoudre des problèmes qui dépassent les capacités des machines classiques. Grâce à sa correction d'erreurs avancée, à la cohérence accrue de ses qubits et à sa puissance de calcul supérieure, Willow ouvre la voie à la prochaine génération de technologies quantiques. Bien qu'il soit encore trop tôt pour se prononcer, les progrès démontrés par Willow laissent espérer que l'informatique quantique pourrait bientôt devenir un outil transformateur dans divers secteurs, de la découverte de médicaments à l'optimisation et à la cryptographie. À mesure que la recherche en informatique quantique se poursuit, les innovations de Willow inspireront sans aucun doute d'autres percées, nous rapprochant ainsi d'une nouvelle ère de possibilités informatiques.
