L’informatique quantique suscite à la fois enthousiasme et scepticisme depuis des années. Les partisans vantent ses promesses en tant que première nouvelle architecture informatique depuis 80 ans, tandis que les critiques affirment que les défis techniques considérables du quantique maintiendront la technologie hors du courant dominant pendant des décennies. Q-CTRL Pty. Ltd. essaie de faire passer cette conversation de la théorie à l'utilité.
La société de logiciels d'infrastructure quantique basée à Los Angeles et Sydney a annoncé cette semaine ce qu'elle appelle la première démonstration d'un « avantage quantique pratique » utilisant du matériel disponible au public d'IBM Corp. Travaillant sur un problème de science des matériaux commercialement pratique impliquant le comportement des électrons dans des matériaux avancés, Q-CTRL a déclaré avoir obtenu un avantage de performances 3 000 fois supérieur à la meilleure alternative informatique conventionnelle tout en maintenant une précision acceptable.
Pour le directeur général Michael Biercuk (photo), l'importance de cette annonce s'étend au-delà des critères de référence. Il estime que l'industrie a déjà franchi le gouffre en rendant les systèmes quantiques utiles à la résolution de problèmes du monde réel, en particulier dans des domaines tels que la chimie, la science des matériaux, la navigation et l'optimisation.
« Les machines pratiques sont déjà là », a déclaré Biercuk dans une interview lors de la conférence Think 2026 d'IBM à Boston. « Nous avons créé une machine IBM meilleure que la meilleure alternative conventionnelle pour résoudre un problème réel qui préoccupe les gens. »
Avantage quantique
La dernière démonstration impliquait des simulations de matériaux dans lesquels les électrons interagissent fortement les uns avec les autres, une classe de problèmes notoirement difficiles pour les supercalculateurs conventionnels. Les comprendre peut faire progresser la recherche dans des domaines tels que la supraconductivité, la chimie des batteries haute densité et le comportement photovoltaïque avancé.
L’un des mystères les plus fascinants concerne le comportement des supraconducteurs à haute température, qui conduisent l’électricité sans résistance à des températures relativement chaudes, mais dont la physique sous-jacente reste mal comprise.
« Nous ne savons tout simplement pas pourquoi », a déclaré Biercuk à propos des matériaux découverts pour la première fois dans les années 1980.
Les simulations classiques deviennent fastidieuses en termes de calcul, car les interactions électroniques évoluent de façon exponentielle avec la taille du système. Les ordinateurs quantiques obéissent cependant aux mêmes règles de mécanique quantique que les matériaux eux-mêmes, ce qui les rend mieux adaptés au calcul des interactions à grande échelle.
L'optimisme de Biercuk va à l'encontre de l'idée répandue selon laquelle l'informatique quantique sera encore loin d'être utilisée dans la pratique pendant des années. De nombreux chercheurs soulignent encore des obstacles techniques persistants, notamment la fragilité de l’unité fondamentale de l’information quantique appelée qubits, les taux d’erreur élevés et les exigences extrêmes de refroidissement du matériel quantique.
Résoudre ces problèmes peut prendre des années – si tant est qu’ils puissent être résolus – mais Biercuk affirme que les logiciels peuvent résoudre bon nombre des problèmes les plus épineux d’aujourd’hui. Il a fait une analogie avec les algorithmes de correction d'erreurs qui compensent la corruption des données causée par le bruit, les interférences ou les défauts physiques des semi-conducteurs.
Fondée il y a près de neuf ans par Biercuk, titulaire d'un doctorat en physique à Harvard. et ancien professeur spécialisé en ingénierie du contrôle quantique, la société Q-CTRL développe des logiciels d'infrastructure conçus pour stabiliser et optimiser les systèmes quantiques. Plutôt que de construire ses propres ordinateurs quantiques, Q-CTRL se concentre sur l’amélioration des performances des plates-formes matérielles existantes.
Faire chanter le matériel
« Le cœur de tout cela est le logiciel d'infrastructure que nous superposons à la plate-forme », a déclaré Biercuk. « Le logiciel est ce qui fait chanter le matériel. »
Le logiciel de Q-CTRL supprime les erreurs et optimise l'utilisation des qubits, permettant au matériel quantique existant d'exécuter des calculs beaucoup plus volumineux et précis qu'auparavant. Son pipeline logiciel gère automatiquement des tâches telles que la sélection des meilleurs qubits pour un algorithme donné, la réduction des interférences entre les qubits et la minimisation des erreurs de mesure.
La société affirme que ces optimisations lui permettent d'exécuter des algorithmes impliquant plus de 14 000 opérations d'intrication, dans lesquelles les particules partagent un seul état quantique lointain, ce qui fait que les actions de l'une affectent instantanément les autres. L’intrication est ce qui permet aux ordinateurs quantiques d’atteindre une puissance de traitement exponentielle.
Q-CTRL a démontré sa viabilité commerciale dans d'autres domaines. L'année dernière, il a dévoilé un système de navigation indépendant du GPS qui utilise des capteurs quantiques et une suppression d'erreurs logicielle pour détecter les variations subtiles du champ magnétique terrestre. La technologie peut être utilisée comme aide à la navigation de secours lorsque les signaux GPS sont indisponibles ou brouillés.
L’entreprise se concentre désormais désormais non plus sur la preuve de l’exactitude, mais sur l’exploration de nouveaux territoires scientifiques.
« Maintenant que nous savons que sa précision est à 1% près du meilleur outil alternatif, et que nous sommes en mesure de montrer dans certains régimes la physique dont nous savons qu'elle est vraie, nous pouvons maintenant explorer l'inconnu », a déclaré Biercuk.
Il a souligné les matériaux de batterie à haute densité énergétique, les systèmes photovoltaïques et la dynamique chimique comme domaines dans lesquels les simulations quantiques pourraient accélérer les découvertes. Par exemple, les chercheurs pourraient éventuellement modéliser la manière dont la lumière interagit avec des matériaux exotiques ou le comportement de nouveaux composés avant leur synthèse physique. Cela pourrait permettre la découverte virtuelle de nouveaux composés avant la synthèse physique, accélérant ainsi les cycles de recherche de plusieurs années à plusieurs mois tout en réduisant considérablement les coûts.
L’informatique quantique est également utile dans les problèmes d’optimisation tels que l’acheminement logistique, la planification des transports et la planification des convois militaires.
La technologie de Q-CTRL a attiré des clients, notamment Lockheed Martin Corp. et Airbus SAS, avec des déploiements commerciaux précoces déjà sur le terrain.
Rémunération logicielle
Comme le projet de science des matériaux, le système de navigation s'appuie fortement sur des logiciels pour compenser les imperfections matérielles. Biercuk considère cela comme un thème récurrent dans l’ensemble de l’industrie. « Nous avons abattu ces murs avec notre logiciel », a-t-il déclaré.
Biercuk ne croit pas que les ordinateurs quantiques deviendront des substituts polyvalents aux processeurs conventionnels. Au lieu de cela, il les voit évoluer vers des accélérateurs spécialisés intégrés dans des flux de travail hybrides, un peu comme les processeurs graphiques complètent les processeurs aujourd'hui.
« Il existe une longue liste de domaines pour lesquels le quantique n'est pas bon », a-t-il déclaré. « Nous ne le considérons pas comme un processeur généraliste, pas plus que vous n'exécutez Windows sur un GPU. » L'innovation clé résidera dans les langages de haut niveau qui permettront aux développeurs de mélanger de manière transparente les opérations sur le matériel quantique et conventionnel.
« La façon dont vous manipulez les machines aujourd'hui utilise l'équivalent du langage assembleur », a-t-il déclaré. « Il est de votre responsabilité de déplacer les données, de choisir les opérations, de planifier les opérations et de réduire les erreurs. Nous pensons que la clé est l'abstraction, afin que les personnes possédant des compétences informatiques généralistes puissent tirer parti des ordinateurs quantiques sur leur lieu de travail existant. »
Les derniers résultats de Q-CTRL sont susceptibles d'intensifier le débat sur la proximité réelle de l'informatique quantique avec la pertinence commerciale. Les participants à la conférence Think ont entendu le PDG d'IBM, Arvind Krishna, affirmer avec force que le moment était venu.
« Ceux qui le rejettent pensent qu'il s'agit d'un problème scientifique qui ne sera pas résolu », a-t-il déclaré lors de son discours de mardi. « Ce n'est plus vrai. C'est aujourd'hui un problème d'ingénierie. Et quand quelque chose passe de la science à l'ingénierie, la question n'est pas de savoir si cela sera là. Nous pensons que l'avantage quantique sera atteint cette année. »
