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Dompter l’incertitude: Google à la conquête de l’ordinateur quantique

avec l'AFP

Dehors, un doux soleil d’été réchauffe la côte Pacifique; la Californie se prépare à vivre une nouvelle journée radieuse.

Dedans, il fait -273 degrés par endroits, pour satisfaire les impossibles exigences de la mécanique quantique. Une science où les choses peuvent simultanément exister, ne pas exister et être quelque part entre les deux.

Bienvenue dans les profondeurs du laboratoire d’intelligence artificielle quantique de Google, où 200 personnes surdouées travaillent à façonner la prochaine génération d’ordinateurs — qui ne ressemblera en rien à ce que vous avez dans votre poche ou sur votre bureau.

« Il s’agit d’un nouveau type d’ordinateur qui utilise la mécanique quantique pour effectuer des calculs et nous permettre de résoudre des problèmes qui seraient autrement insolubles », explique Erik Lucero, l’ingénieur en chef de ce laboratoire situé près de Santa Barbara.

« Il ne va pas remplacer votre téléphone portable ou votre ordinateur de bureau; il va exister et travailler en parallèle de ces appareils. »

 

– Le chat de Schrödinger –

 

L’informatique que nous utilisons au quotidien repose sur un concept de certitude binaire: des dizaines de milliers de « bits » de données qui sont chacun activé ou non, c’est-à-dire 1 ou 0.

L’informatique quantique utilise quant à elle l’incertitude: ses bits quantiques, ou « qubits », peuvent exister à la fois dans un état de 1 et de 0 — ce que les scientifique appellent une superposition.

L’illustration la plus célèbre de superposition quantique est le chat de Schrödinger, une expérience théorique imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger, selon laquelle un félin est enfermé dans une boîte avec un flacon de gaz mortel qui peut, ou non, se briser.

Tant que la boîte reste close, le chat est à la fois vivant et mort, puisqu’il est impossible de savoir ce qu’il en est vraiment. Mais une fois que l’on interfère avec l’état quantique de l’expérience en ouvrant la boîte pour en avoir le coeur net, l’incertitude prend fin.

Les ordinateurs quantiques utilisent cette incertitude pour effectuer simultanément de nombreux calculs qui semblent contradictoires. Comme s’ils pouvaient emprunter tous les chemins possibles dans un labyrinthe en même temps, au lieu de les essayer les uns après les autres.

La difficulté pour les ingénieurs est de faire en sorte que ces bits quantiques conservent leur superposition assez longtemps pour effectuer un calcul cohérent.

A la moindre interférence — bruit, saleté, température inadaptée –, la superposition s’effondre et débouche sur une réponse aléatoire, probablement absurde.

L’ordinateur quantique que Google a présenté à la presse ressemble à un gâteau de mariage au style futuriste et renversé.

Chaque couche de métal et virage de ses fils électriques est plus froide que la précédente, jusqu’à finalement atteindre un refroidissement de 10 millikelvins (proche de -273°C) pour le processeur, de la taille d’une paume de main.

Ce niveau de mercure tout proche du zéro absolu, la température la plus basse possible dans l’univers, est vital pour maintenir la supraconductivité — la capacité de conduire parfaitement un courant électrique, sans aucune résistance — indispensable à la machine de Google.

Si l’ordinateur seul n’arrive qu’à la taille d’une personne debout, l’équipement nécessaire pour le refroidir occupe donc une bonne partie de l’espace du laboratoire.

 

– Technologie naissante –

 

Mais… à quoi cela sert-il réellement?

Ce domaine en est encore à ses balbutiements, mais semble très prometteur pour le futur, selon Daniel Lidar, expert en systèmes quantiques à l’Université de Californie du Sud.

« Nous avons appris à ramper, mais nous sommes encore très loin d’apprendre à marcher, courir ou sauter », estime-t-il.

Pour arriver à maturité, le secteur devra parvenir à stabiliser la superposition quantique pour s’assurer que les calculs soient fiables.

Dans le futur, cette technologie pourrait par exemple servir à optimiser le trafic routier, un domaine diaboliquement compliqué pour les ordinateurs traditionnels au vu le nombre de voitures en jeu — qui sont autant de variables.

Avec un ordinateur quantique opérationnel, « on pourrait résoudre ce problème », explique M. Lidar.

Pour M. Lucero et ses collègues de Google, les possibilités futures valent bien une bonne prise de tête.

« La mécanique quantique est l’une des meilleures théories dont nous disposons aujourd’hui pour comprendre la nature. Cet ordinateur parle le langage de la nature », confie l’ingénieur.

« Si nous voulons résoudre ces problèmes si complexes, aider à sauver notre planète et notamment le changement climatique, alors il nous faut un ordinateur capable de faire exactement cela. »

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