En décembre 2018, les scientifiques de Google AI ont effectué un calcul sur le meilleur processeur quantique de Google. Ils ont pu reproduire le calcul à l’aide d’un ordinateur portable ordinaire. Puis, en Janvier 2019, ils ont fait le même test sur une version améliorée de la puce quantique. Cette fois, ils ont dû utiliser un ordinateur de bureau puissant pour simuler le résultat. En Février, il n’y avait plus d’ordinateurs classiques dans le bâtiment qui pouvaient simuler leurs équivalents quantiques. Les chercheurs ont dû solliciter du temps sur l’énorme réseau de serveurs de Google pour le faire.
« A un moment en février, j’ai dû passer des coups de fil pour dire : » Hé, il nous faut plus de quotas « , a déclaré Hartmut Neven, le directeur du laboratoire Quantum Artificial Intelligence. « Nous avions des calculs en cours composés d’un million de processeurs. »
Cette amélioration rapide a conduit à ce qu’on appelle la « loi de Neven », un nouveau type de règle pour décrire la vitesse à laquelle les ordinateurs quantiques gagnent du terrain face aux ordinateurs classiques. La règle a commencé comme une observation interne avant que Hartmut Neven n’en parle en Mai 2019 lors du Google Quantum Spring Symposium. Là, il a dit que les ordinateurs quantiques gagnent en puissance de calcul par rapport aux ordinateurs classiques à un rythme « doublement exponentiel » – un saut d’une rapidité vertigineuse.
Avec une double croissance exponentielle, « on dirait qu’il ne se passe rien, qu’il ne se passe rien, et puis oups, tout d’un coup on se retrouve dans un monde différent », souligne Hartmut Neven. « C’est ce que nous vivons ici. »
Même la croissance exponentielle est assez rapide. Cela signifie qu’une certaine quantité augmente par des puissances de 2 :
Les premières augmentations ne sont peut-être pas si visibles, mais les sauts subséquents sont massifs. La loi de Moore, la fameuse directive selon laquelle la puissance de calcul double tous les deux ans, est exponentielle.
Une croissance doublement exponentielle est beaucoup plus spectaculaire. Au lieu d’augmenter par des puissances de 2, les quantités augmentent par des puissances de 2 :
Une croissance doublement exponentielle a été décrite dans le récent article de magazine en ligne Quanta intitulé « Computer Scientists Expand the Frontiers of Verifiable Knowledge », dans lequel il décrit la vitesse extrême à laquelle certains problèmes informatiques deviennent de plus en plus complexes. La croissance doublement exponentielle est si singulière qu’il est difficile d’en trouver des exemples dans le monde réel. Le rythme des progrès de l’informatique quantique pourrait être le premier.
La vitesse doublement exponentielle à laquelle, selon Hartmut Neven, les ordinateurs quantiques gagnent sur les classiques est le résultat de deux facteurs exponentiels combinés entre eux. La première est que les ordinateurs quantiques ont un avantage exponentiel intrinsèque sur les ordinateurs classiques : Si un circuit quantique a quatre bits quantiques, par exemple, il faut un circuit classique avec 16 bits ordinaires pour obtenir une puissance de calcul équivalente. Cela serait vrai même si la technologie quantique ne s’améliorait jamais.
Le deuxième facteur exponentiel provient de l’amélioration rapide des processeurs quantiques. Hartmut Neven dit que les meilleures puces quantiques de Google se sont récemment améliorées à un rythme exponentiel. (Cette amélioration rapide est due à une réduction du taux d’erreur dans les circuits quantiques.
La réduction du taux d’erreur a permis aux ingénieurs de construire des processeurs quantiques plus gros.) Si les ordinateurs classiques ont besoin d’une puissance de calcul exponentielle plus importante pour simuler les processeurs quantiques, et que ces processeurs quantiques deviennent exponentiellement plus puissants avec le temps, on se retrouve avec cette relation doublement exponentielle entre les machines quantiques et classiques.
Tout le monde n’en est pas convaincu. D’une part, les ordinateurs classiques ne sont pas immobiles. Les puces informatiques ordinaires continuent de s’améliorer, même si la loi de Moore prend fin. De plus, les informaticiens conçoivent constamment des algorithmes plus efficaces qui aident les ordinateurs classiques à suivre le rythme.
« Lorsqu’on examine tous les éléments en mouvement, y compris les améliorations des côtés classique et quantique, il m’est difficile de dire que c’est doublement exponentiel « , a déclaré Andrew Childs, codirecteur du Joint Center for Quantum Information and Computer Science à l’Université du Maryland.
Bien que le rythme exact auquel les ordinateurs quantiques se rapprochent des ordinateurs classiques soit discutable, il ne fait aucun doute que la technologie quantique s’améliore, et rapidement.
« Je pense que la réalité indéniable de ces progrès met la balle dans le camp de ceux qui croient que l’informatique quantique évolutive ne peut pas fonctionner « , a écrit Scott Aaronson, informaticien à l’Université du Texas, Austin, dans un courriel. « Ce sont eux qui doivent dire où et pourquoi le progrès s’arrêtera. »
Un objectif primordial dans le domaine de l’informatique quantique est d’effectuer un calcul quantique efficace qui ne peut pas être simulé dans un délai raisonnable, même sur l’ordinateur classique le plus puissant (actuellement le supercalculateur Summit du Oak Ridge National Laboratory). Parmi les différents groupes de recherche qui développent des ordinateurs quantiques, Google s’est montré particulièrement actif dans la poursuite de ce jalon, connu sous le nom de « suprématie quantique ».
Jusqu’à présent, la suprématie quantique s’est révélée insaisissable, parfois semblant « juste là », mais jamais encore à portée de main. Mais si la loi de Neven tient, elle ne doit pas être loin. Hartman Neven ne dirait pas exactement quand il prévoit que l’équipe de Google atteindra la suprématie quantique, mais il pense que cela puisse arriver bientôt.
« Nous disons souvent que nous pensons y parvenir en 2019, conclut Hartman Neven. « Ce n’est qu’une question de temps »
https://www.quantamagazine.org/does-nevens-law-describe-quantum-computings-rise-20190618/
https://ai.google/research/people/HartmutNeven
