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Microsoft : Lorsqu’une particule vous manque tout est dépeuplé

C’est un peu le constat que fait Microsoft actuellement autour de sa stratégie d’Informatique Quantique… Mais revenons sur les bases. Vous le savez, les ordinateurs quantiques sont construits à partir de dispositifs appelés qubits qui encodent des 1 et des 0 de données mais peuvent également utiliser un état quantique appelé superposition pour effectuer des calculs mathématiques impossibles pour les bits dans un ordinateur conventionnel. Le principal défi de la commercialisation de cette idée est que les états quantiques sont délicats et facilement annulés par le bruit thermique (il faut être proche du Zéro absolu) ou électromagnétique (donc bien protège le matériel…), ce qui rend les qubits sujets aux erreurs.

Dans ce contexte, Microsoft a misé ses investissements sur une particule particulière dite de Majorana permettant de faire un bon en avant car plus stable et beaucoup plus facile à manipuler. Problème, après avoir annoncée en 2018 son observation dans la prestigieuse revue « Nature », l’entreprise revient aujourd’hui sur ses déclarations…

Google, IBM et Intel ont tous présenté des prototypes de processeurs quantiques d’environ 50 qubits, et des banques, des chimistes, des entreprises pharmaceutiques et même des organisations liées à des états testent cette technologie. Mais des milliers de qubits seront probablement nécessaires pour obtenir quelques chose, et encore si ces derniers travaillent sur une période plus longue que quelques millisecondes. En plus, compte tenue de l’instabilité, une grande partie de la puissance d’un ordinateur quantique devra probablement être consacrée à la correction de ses propres erreurs.

image Microsoft

Microsoft avait adopté une approche différente, affirmant que les qubits basés sur les particules dites de Majorana seront plus évolutifs, ce qui lui permettra de faire un bond en avant. Mais après plus d’une décennie de travail, il n’a pas un seul qubit ! Mais revenons un peu sur ces fameuses particules…

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Les fermions de Majorana portent le nom du physicien italien Ettore Majorana, qui a émis l’hypothèse en 1937 que les particules devraient exister avec l’étrange propriété d’être leurs propres antiparticules. Peu de temps après, il le physicien a disparu en mer avec ces calculs. Il faudra attendre 70 ans pour que, Kouwenhoven chercheur aux Pays Bas prennent contact avec Craig Mundie le patron de la R&D de Microsoft qui réfléchissait à l’Informatique Quantique et lui dit qu’is avait trouvé un moyen de résoudre un problème qui freinait les ordinateurs quantiques : la friabilité des qubits. Ces qubits dits topologiques seraient construits autour de particules inhabituelles, dont les particules de Majorana sont un exemple. Dans la foulée, Microsoft a alors créé une nouvelle équipe de physiciens et de mathématiciens pour étoffer la théorie et la pratique de l’informatique quantique dite topologique, avec la création à Santa Barbara, d’un labo spécialisé baptisé « Station Q ».

Microsoft ont collaboré et financé des physiciens expérimentaux de premier plan à la recherche des particules nécessaires pour construire cette nouvelle forme de qubit. En 2012 Kouwenhoven rapporte avoir observé des « signatures » de particules de Majorana à l’intérieur de nanofils, l’information fait grand bruit dans la communauté et l’on parlait alors de lui comme un futur prix Nobel pour avoir prouvé l’existence de ces particules réputées insaisissables.

En 2016, Microsoft a commencé à parler de ces investissements dans ces particules et le battage médiatique autour pour encourager les informaticiens à developper autour de sa plateforme (ce qui est la raison principale des différentes communications de tous, sur les progrès de l’informatique quantique). Dans le même temps Kouwenhoven et un autre physicien de premier plan, Charles Marcus, de l’université de Copenhague, ont été engagés par l’entreprise à temps plein, comme chasseurs de Majorana. Le plan consistait à détecter d’abord les particules, puis à inventer des dispositifs plus complexes qui pourraient les contrôler et fonctionner comme des qubits. Todd Holmdahl, qui dirigeait auparavant le matériel pour la console Xbox, a alors pris la tête du projet d’informatique quantique topologique. Résultat,en 2018 dans la prestigieuse revue « Nature » l’équipe annonce la découverte de cette fameuse particule. La directrice du développement commercial de l’informatique quantique chez MS , Julie Love, a alors déclaré à la BBC que Microsoft disposerait d’un ordinateur quantique commercial « dans les cinq ans ». 

Coup de théâtre, Kouwenhoven et ses 21 co-auteurs viennent de publier un nouvel article contenant plus de données issues de leurs expériences. Il conclut qu’ils n’ont finalement pas trouvé la fameuse particule. Une note jointe des auteurs indique que l’article original, publié dans la prestigieuse revue, serait rétracté, citant des « erreurs techniques ».  La tuile…

Alors que Microsoft cherchait à obtenir les fameuses particules Majoranas, les concurrents travaillant sur des technologies de qubit établies ont fait état de progrès constants. Microsoft poursui néanmoins son pari quantique, annonçant qu’il offrirait l’accès au matériel quantique d’autres entreprises via Azure. Le Wall Street Journal a rapporté que Holmdahl a quitté le projet face à cet échec et depuis son départ, Microsoft s’est montré plus discret sur le rythme de progression prévu en matière de matériel quantique.

Mais tout n’est pas fini pour cette particule, Das Sarma, un physicien théoricien de l’université du Maryland qui a collaboré avec des chercheurs de Microsoft, pense que la technologie finira par fonctionner. « L’informatique quantique basée sur ces Majoranas pourrait se trouver à un stade comparable à celui de 1926, lorsque le premier brevet pour un transistor a été déposé. Il a fallu attendre 30 ans, en 1947 pour que les chercheurs créent le premier transistor fonctionnel puis les versions en silicium miniaturisables qui ont permis l’industrie informatique de connaitre l’essor que l’on sait aujourd’hui !« 

30 ans c’est tout de même assez long si Microsoft veut demain se faire une place au soleil (quantique par nature)…

Informatique Quantique : le point sur les dernières innovations

Si vous vous intéressez à l’informatique quantique et ses perspectives, cette semaine est bigrement interessante puisque du 12 au 16 octobre c’est « la semaine quantique » de l’IEEE ou QCE20. Comme tous les ans cette conférence réunis des universitaires, des industriels, pour discuter des nouveaux développements et des défis dans le domaine de l’informatique quantique. En raison des restrictions sanitaire, la conférence de cette année se déroule virtuellement, avec de très nombreuses sessions très interessantes.

Parmi les sponsors et intervenants de cette conférence, on retrouve des chercheurs de Microsoft, IBM, Intel, D-Wave, etc. de quoi avoir une vue sur les progrès actuels. Nous ne manquerons pas de vous résumer tout cela lors du prochain Briefing Calipia avec une session dédiée sur l’état des développements de l’Informatique Quantique. N’hésitez pas à vous inscrire en suivant ce lien.

Si les ordinateurs quantiques parfaits avec des milliers de qubits stables permettant d’exécuter sans broncher l’algorithme de Shor sont encore du domaine de la science fiction, vous le savez, les entreprises ont déjà commencé à se préparer à un tel avenir et d’imaginer de nouveaux algorithmes. En effet l’une des menaces prévisibles posées par les ordinateurs quantiques est la facilité avec laquelle ils peuvent factoriser de grands nombres, et donc menacer de briser nos normes de chiffrement existantes. L’algorithme de Shor permettant de déterminer si un (très grand) nombre et premier dans un temps record et ainsi briser les protections actuelles justement basée sur le fait que le ceci est quasi impossible de déterminer cela dans un temps raisonnable. Donc si demain des ordinateurs quantiques sont disponibles et facilement accessibles, ces protections voleront en éclat.

Dans une étude très interessante révélée lors de ces conférences, on apprend par exemple que les chercheurs d’Intel ont cherché à répondre à cette préoccupation. En présentant la conception d’un accélérateur matériel de type « BIKE » (Bit-flipping Key Encapsulation), les cryptosystèmes actuels peuvent être rendus résistants aux attaques quantiques. Il convient également de noter que cette approche est actuellement examinée par le National Institute of Standards and Technology (NIST), ce qui signifie qu’un certain degré d’adoption et de normalisation pourrait être envisagé à l’avenir. On savait que de tels travaux étaient en cours (et heureusement) mais pas que des solutions normalisées et publiques pouvaient être accessibles. La NSA travaillait là dessus, sans rendre public toutes les informations, comme l’on peut s’en douter.

Rendez-vous donc sur le site de l’IEEE pour vous inscrire aux sessions le cas échéant, où suivre les principales annonces.

D-Wave s’associe à NEC au Japon

D-WaveD-Wave, qui est un des pionniers de la commercialisation des ordinateurs quantiques, s’est associé au fabricant japonais d’électronique NEC pour « repousser les limites des technologies et services hybrides quantiques/classiques » au Japon. Dans le cadre de ce nouveau partenariat, NEC a réalisé un investissement de 10 millions de dollars dans L’entreprise canadienne. Pour rappel D-Wave (entreprise canadienne fondée en 1999) avait annoncée dès 2007 avoir mis au point un ordinateur quantique de 28 Qubits. Elle fait figure de pionnier sur le secteur, même si depuis. les ordinateurs d’IBM ou encore de Google l’ont surpassé.

Les deux entreprises combineront la puissance de calcul des systèmes de NEC avec les l’informatique quantique . L’objectif final est de développer des applications hybrides commercialisables et commerciales tout en promouvant l’informatique quantique. Trois domaines seront plus particulièrement visés : les technologies et services hybrides, les applications quantiques hybrides et les activités de marketing et de vente.

Les deux sociétés appliqueront la collection de plus de 200 applications de D-Wave à six marchés identifiés par NEC, tels que la finance, la fabrication et la distribution et exploreront également la possibilité de permettre l’utilisation des superordinateurs de NEC sur le service de nuage quantique Leap de D-Wave.

Ce n’est pas la première fois que le Japon investi dans le domaine de l’informatique quantique. L’année dernière, en décembre, l’état japonais avait annoncé le déploiement des ordinateurs quantiques d’IBM Q dans le pays.

Intel et QuTech ont fait la démonstration du contrôle de qubits « chauds »…

Intel QuantumUn des obstacles le important pour l’informatique quantique est la difficulté de refroidir de façon considérable  les qubits au sein des systèmes. En général, ces qubits doivent être refroidis à des températures inférieures à 100 mK (donc très très près du zéro absolu) et ceci afin de garantir l’intégrité des calculs (sans excitation donc des particules). Dans un article publié récemment sur Nature, Intel, en collaboration avec QuTech, a adopté une approche légèrement différente de la question du refroidissement.

Dans l’article intitulé « Universal quantum logic in hot silicon qubits« , les chercheurs ont réussi à rendre possible le contrôle des qubits  dit « chauds ». Bon attention c’est pas la température ambiante et de très très loin ! Ces qubits chauds, comme leur nom l’indique, sont plus tolérants à des températures plus élevées disons légèrement supérieures à 1 K…

L’équipe s’est inspirée d’études récentes sur les spins électroniques qui ont laissé entrevoir une plateforme pouvant fonctionner à des températures plus élevées en démontrant une longue durée de vie des spins, permettant ainsi la lecture de leurs états. En s’appuyant sur ces résultats, l’équipe d’Intel et de QuTech a pu contrôler ces qubits et effectuer des mesures sur ceux-ci également.

Les chercheurs précisent :

« Nous avons démontré un contrôle individuel cohérent de deux qubits et mesuré une cohérence à 99,3 %. Nous démontrons l’accordabilité de l’interaction d’échange entre les deux spins de 0,5 à 18 mégahertz et l’utilisons pour exécuter des rotations cohérentes contrôlées de deux qubits. »

Il y a une limite importante néanmoins à la démonstration réalisée : elle était basée sur un système à deux qubits, qui est considérablement plus petit que la plupart des ordinateurs quantiques existants aujourd’hui. Mais les chercheurs ont déclaré que leur travail s’oriente vers des circuits intégrés quantiques qui abritent des circuits de contrôle, ainsi que du matériel quantique sur une seule puce, offrant ainsi une approche évolutive vers des ordinateurs quantiques. Si le sujet vous intéresse n‘hésitez pas à faire un tour sur cette page pour plus de précision.

[Humeur] Non, Honeywell ne dispose sans doute pas de « l’ordinateur quantique le plus puissant du monde »…

QuantumNous apprenions la semaine dernière que le constructeur Honeywell venait d’annoncer je site :

 « Une percée dans l’informatique quantique qui accélère la capacité des ordinateurs quantiques et permettra à la société de sortir l’ordinateur quantique le plus puissant du monde dans les trois prochains mois« .

Il y a beaucoup à dire sur cette annonce et sans doute aussi sur les attentes qu’elle peut générer. Déjà si vous travaillez dans le monde de l’IT et que le nom de la société vous dit quelque chose, c’est sans doute que vous avez quelques cheveux blancs 🙂 Honeywell c’est pour beaucoup « Honeywell-Bull » qui deviendra Bull qui sera des années plus tard racheté par Atos… Mais pas seulement. C’est une société américaine qui a plus de 100 ans (création en 1906), active à l’origine uniquement en régulation de chauffage, elle intervient aujourd’hui principalement dans le nucléaire (dans la transformation de l’uranium), l’aérospatial, l’automatisation du bâtiment (régulation, supervision technique, contrôle d’accès et sécurité), et la défense (avioniques militaires, etc). Donc à priori pas grand chose en matière d’informatique. Lorsque l’on pense Informatique Quantique on cite souvent IBM, D-Wave, Google, Microsoft mais rarement Honeywell… Mais passons, si la société a gardée une composante informatique importante, de là à pouvoir affirmer qu’ils disposeront de l’ordinateur quantique le plus puissant du monde d’ici 3 mois, il y a de quoi se poser des questions…

L’informatique quantique suscite de nombreux espoirs dans la résolution de nombreux problèmes insoluble pour l’informatique classique, une fois ce type de problèmes résolus on pourra affirmer que l’on a atteint le graal ou « la suprématie quantique », on en est sans doute encore assez loin (tout au moins pour des problèmes connus type cryptographie, science des matériaux).

Pour rappel pour les lecteurs qui ne sont pas familiarisés avec tout cela, alors que les unités de base de l’information dans l’informatique classique sont les chiffres binaires (bits) qui sont toujours dans un état de 0 ou 1, les bits quantiques (qubits), quant à eux, peuvent être dans un état de 0, 1 ou une superposition des deux. L’informatique quantique exploite les qubits pour effectuer des calculs qui seraient beaucoup plus difficiles, ou tout simplement irréalisables, pour un ordinateur classique.

Donc la promesse est claire : demain nous pourrons réaliser des calculs là ou les ordinateurs classiques sont limité par l’explosion combinatoire (comme le célèbre problème de factorisation des nombres premiers). Mais demain est très loin. L’informatique quantique est encore si jeune que les constructeurs n’en sont même pas encore au niveau du transistor de l’informatique classique. Les principaux acteurs se bousculent pour prendre la tête de ce secteur ou, du moins, pour tenter de séduire les futurs développeurs d’algorithmes quantique. Et les convaincre de développer sur leurs émulateurs dans le Cloud. Une fois cette main d’œuvre formée, il ne restera plus que le plus dur… disposer de la véritable machine ! Alors comme aucun leader n’est clairement apparu, pourquoi pas Honeywell 🙂

 

 

Un premier prototype de radar quantique

Shabir BarzanjehEn attendant des progrès encore plus tangibles côté informatique quantique, c’est un prototype de radar qui vient d’être réalisé par une équipe de quatre chercheurs dirigée par Shabir Barzanjeh à l’Institut des sciences et de la technologie d’Autriche. Dans un article, le MIT Technology Review indique que le groupe a utilisé des micro-ondes intriquées pour créer le premier radar quantique au monde.

L’appareil utilise des photos pour détecter des objets dans son environnement et surtout n’émet que des traces de rayonnement électromagnétique ce qui camoufle sa signature dans le bruit de fond, le rendant extrêmement difficile à détecter et cette caractéristique intéresse, on s’en doute, particulièrement les militaires. Le dispositif fonctionne sur le principe de l’enchevêtrement quantique, qui pour rappel fait que deux particules quantiques « enchevêtrées », quelle que soit leur séparation, présentent une corrélation instantanée entre certaines propriétés physiques.

Radar QuantiqueLes chercheurs ont produit des paires de photons hyperfréquences enchevêtrés (photons de basse énergie) à l’aide d’un dispositif supraconducteur appelé convertisseur paramétrique de Josephson. Ils ont dirigé le premier photon – le photon de signal – vers l’objet à détecter et à écouter pour le refléter. Un deuxième photon – le photon libre – interfère alors avec la réflexion du photon de signal, révélant ainsi la distance parcourue par le photon d’origine et donc la localisation de l’objet incident. Cela a permis de détecter des objets dans un mètre à l’intérieur d’une petite pièce ne contenant que quelques photons, ce qui est impossible pour les radars classiques car ils ont besoin de puissants émetteurs de radiations électromagnétiques. Outre leurs faibles émissions, les radars quantiques présentent également l’avantage supplémentaire de pouvoir se dissimuler dans le rayonnement de fond hyperfréquence d’une petite pièce et, par conséquent, de rester indétectables pour les autres appareils à la recherche de radars.

On imagine également des utilisations de radars quantiques dans des applications biomédicales en raison de la nature non invasive de l’appareil.