Google a acheté un ordinateur quantique D-Wave 2

Le géant américain Google vient d'annoncer qu'il s'associait à la NASA et l'USRA pour ouvrir le Quantum Artificial Intelligence Lab. Situé dans la Division Advanced Supercomputing (NAS) installée sur le campus du centre de recherche Ames de la NASA, ce laboratoire abritera un ordinateur quantique D-Wave 2 de 512 qubits (en fait de 32 registres de 2^16 qubits). A terme le système sera upgradé à 2048 qubits.
Rappelons que D-Wave Systems fut fondé en 1999 par le physicien théoricien canadien Georgie Rose qui présenta son ordinateur quantique en 2009 et vendit son premier système D-Wave 1 en 2011 à Lockheed Martin pour 10 millions de dollars.

La théorie de la complexité

Le but de cette collaboration entre des entreprises privées et publiques est de permettre à tous les chercheurs de tirer avantage de l'informatique quantique pour résoudre des problèmes complexes dits "NP-difficiles".

Dans la théorie de la complexité un problème de décision peut être classé en différentes familles de complexités, la classe NP reprenant les problèmes Non-déterminés Polynomiaux. Un exemple de problème NP-complet (un sous-ensemble des problèmes NP-difficiles) est celui de la factorisation des grands nombres ou celui du voyageur de commerce qui doit visiter plusieurs villes distantes et déterminer le chemin optimal pour couvrir tout son secteur. Si les slimes sont capables de trouver ce chemin d'instinct l'homme doit s'en reporter aux ordinateurs...

Optimiser la recherche et le traitement de l'information

Les travaux des chercheurs de Google, de la NASA et de l'USRA devraient principalement porter sur la création d'algorithmes optimisant la recherche d'informations, y compris l'analyse de données et la prise de décision. Ils devraient aussi se pencher sur les applications combinant informatiques classique et quantique, notamment toutes les recherchent nécessitant des simulations très avancées et gourmandes en ressources CPU et mémoire.

3600 fois plus rapide qu'un ordinateur classique

Quelles sont les performances de D-Wave 2 ? Selon Colin Williams, un ordinateur quantique de 300 qubits pourrait effectuer en un instant plus de calculs qu'il y a d'atomes dans l'univers ! Il serait adapté à toutes les simulations et traitement de données imaginables, pour prendre l'exemple des prévisions météos (ils annoncent des prévision à un mois fiables à 100% !) ou du calcul des modèles moléculaires, encore faut-il le programmer.

Car il convient de tempérer l'enthousiasme des chercheurs de D-Wave Systems car l'architecture de leur ordinateur présente des limites inhérentes connues mais qui méritent d'être étudiées.

Dans l'état actuel de la technologie et selon les informations très partielles que laisse filter D-Wave Systems, les physiciens ne considèrent pas D-Wave comme un ordinateur mais plutôt comme un calculateur optimisé. Cela veut dire concrètement qu'il est spécialisé dans une seule tâche : calculer. Il faut encore le programmer pour qu'il puisse traiter de l'information et simuler des processus.

De plus ce n'est pas un vrai processeur 512 qubits mais bien de 32 registres de 16 qubits.

Le CPU de 512 qubits au coeur
de l'ordinateur quantique D-Wave 2.

Cet ordinateur révolutionnaire n'utilise pas un circuit quantique classique. D-Wave utilise un modèle informatique quantique basé sur les travaux d'Edward Farhi et al. publiés en 2000 consacré à l'ordinateur quantique adiabatique, c'est-à-dire un système dans lequel le processeur est totalement isolé du monde extérieur durant le temps de calcul et doit être maintenu dans une enceinte cryogénique pour éviter les interférences.

Catherine McGeoch de l'Amherst College du Massachusetts et Cong Wang de l'Université Simon Fraser ont publié en 2013 un article dans le New York Times montrant effectivement que l'ordinateur quantique D-Wave pouvait résoudre certains problèmes jusqu'à 3600 fois plus rapidement qu'un ordinateur conventionnel d'IBM. D'autres calculs se sont exécutés 10000 fois plus rapidement.

Les travaux de D-Wave Systems sont donc intéressants car d'une part ils ont aboutit à la conception d'un calculateur opérationnel plus rapide que tout autre machine et d'autre part, bien que le système ne soit pas aussi efficace qu'un circuit 100% quantique, cette architecture hybride est scalable et est plus facile à fabriquer. 

Il convient donc de prendre les commentaires publiés par D-Wave Systems avec du recul, car comme l'a expliqué McGeoh au New York Times les résultats d'une autre étude sur les performances de l'ordinateur D-Wave ne reflètent pas l'état de l'informatique quantique d'aujourd'hui. Son étude a uniquement mesuré les performances des algorithmes utilisés par D-Wave. Parmi les trois problèmes mathématiques NP-complexes soumis, D-Wave avait un léger avantage sur deux d'entre eux et un énorme avantage sur le troisième. Bref, le résultat reste très positif.
Pour plus d'information
Sujet complexe et très sensible, l'ordinateur quantique est un sujet dont on trouve très peu de documentation sur Internet.
Consultez l'article sur l'ordinateur quantique sur le site LUXORION qui décrit brièvement le concept et ses applications et reprend quelques liens utiles.