Le numéro quantique : on ne connaît jamais vraiment l'avenir

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Les gens débattent depuis plus d'une décennie pour savoir si un ordinateur quantique représente une menace réaliste pour le réseau Bitcoin. C'était un sujet de conversation sérieux il y a plus de 13 ans, lorsque j'ai moi-même découvert Bitcoin. 

Il y a eu beaucoup de progrès, tant sur le plan théorique que sur le plan de l'ingénierie réelle, depuis l'époque où je n'étais qu'un idiot maladroit essayant de comprendre ce qui se passait ici. 

Deux étapes majeures ont été franchies depuis lors, qui font une différence matérielle dans la probabilité qu'un ordinateur quantique viable soit réellement produit dans les dix prochaines années environ. Cela ne signifie pas pour autant qu'il atteindra un point d'ubiquité, ni même une relative facilité d'accès pour ceux qui disposent de capitaux importants. 

Mais il est très possible qu'un certain nombre de machines viables soient produites dans un avenir proche. 

La première amélioration majeure concerne la correction d'erreurs. Pour tenir compte du bruit inhérent au travail à une échelle aussi minuscule, l'obtention d'un qubit logique utile en pratique pour le calcul nécessite l'utilisation de plusieurs qubits physiques redondants. 

La méthode de pointe précédente pour ce faire était les codes de surface, une façon de regrouper plusieurs qubits physiques dans une grille et d'en utiliser certains comme qubits de contrôle qui « vérifient » périodiquement leurs voisins pour s'assurer qu'aucune erreur interne dans la superposition ne s'est produite (sans effondrer la superposition). Les espaces vides de chaque grille doivent être remplis de qubits de contrôle. 

Cette exigence de qubits de contrôle crée un surcoût supplémentaire qui peut approcher 1 000 qubits physiques par qubit logique au total, et cela devient problématique à grande échelle car les qubits de contrôle ne peuvent vérifier que les qubits immédiatement adjacents. Ainsi, chaque groupement de qubits doit avoir des vérificateurs à un espacement équidistant. 

Les codes quantiques de contrôle de parité à faible densité (qLDPC) suppriment ce goulot d'étranglement, permettant aux qubits de contrôle de vérifier d'autres qubits à grande distance (soit par des traces entrelacées pour communiquer à travers les sections de la puce, soit en déplaçant physiquement des atomes comme dans la conception à atomes neutres) à travers le dispositif. Cela a permis une réduction de 10 fois de la quantité de qubits physiques nécessaires pour produire un qubit logique fiable. 

Ce n'est pas à négliger. Bien qu'il ne s'agisse peut-être pas d'une machine entièrement fonctionnelle progressant vers une plus grande efficacité, ce sont des gains d'efficacité matériels dans les processus d'ingénierie qui sous-tendent la production d'un ordinateur quantique pleinement fonctionnel. 

La seconde concerne une question plus fondamentale autour de l'affirmation selon laquelle l'ajout de qubits physiques supplémentaires conduit à une réduction du bruit global dans le système plutôt qu'à une augmentation. C'est vraiment à ce stade encore de la théorie, et il faut garder à l'esprit qu'à ce jour, il n'y a jamais eu d'ordinateur quantique pleinement fonctionnel qui ait effectué de bout en bout un calcul dont un ordinateur classique est incapable. 

Google a réalisé une expérience en utilisant ses puces Sycamore (et plus tard Willow) pour vérifier expérimentalement l'effet de l'ajout de qubits physiques supplémentaires. Pour être très clair, ce n'était pas une démonstration de calculs, mais simplement une démonstration de stockage d'informations en mémoire sans qu'elles ne se dégradent. 

Ils ont démontré, grâce à l'utilisation de qubits logiques composés d'un ensemble de 17 qubits physiques, d'un ensemble de 49 qubits physiques et d'un ensemble de 101 qubits physiques, que le taux d'erreur logique, la fréquence de corruption des données, diminuait à mesure que le nombre de qubits physiques augmentait. Ce test a franchi un seuil critique, où le qubit logique créé à partir des qubits physiques indépendants maintenait sa cohérence plus longtemps que n'importe quel qubit physique individuel qui le composait. 

Encore une fois, ce n'est pas un saut vers un ordinateur quantique pleinement fonctionnel effectuant des calculs dont les machines classiques sont incapables, mais c'est un progrès matériel prouvant l'une des hypothèses fondamentales sous-jacentes aux ordinateurs quantiques. 

Ce ne sont pas les seules choses pour lesquelles nous trouvons de meilleures solutions dans cet espace de problèmes. L'intelligence artificielle est devenue une composante importante de ces systèmes. Elle est utilisée dans le processus réel de lecture et de décodage des informations d'un ordinateur quantique, un goulot d'étranglement majeur pour son utilisation à grande échelle. 

L'IA est également utilisée dans le développement de nouveaux algorithmes quantiques optimisés pour ces types de machines, et étant donné la récente vague d'IA aidant à résoudre (ou même à réfuter des conjectures existantes) des problèmes majeurs dans le domaine des mathématiques, ce n'est pas vraiment un saut insensé d'envisager la possibilité de percées majeures apportées par l'IA. 

Elles sont utilisées de la même manière dans la conception réelle des circuits quantiques physiques construits avec différentes architectures. C'est en fait un problème très complexe de trouver la manière optimale de disposer les portes quantiques dans un espace physique pour minimiser le bruit au niveau quantique, sans créer trop d'espace vide qui introduirait de la latence, de l'inefficacité et d'autres problèmes à résoudre. 

C'est un facteur qui pourrait très bien hypercharger les progrès dans la résolution des problèmes fondamentaux nécessaires. 

En fin de compte, à mon avis, cela se résume à une question : l'hypothèse selon laquelle l'ajout de qubits physiques supplémentaires réduit le bruit tient-elle réellement lorsqu'il s'agit de calcul et de manipulation active de l'information quantique ? 

Si cette hypothèse tient et n'est pas réfutée expérimentalement dans un avenir proche, alors je pense qu'il y a un cas très réaliste pour qu'un ordinateur quantique viable soit produit dans les dix prochaines années. 

Une quantité massive de ressources est consacrée à ce problème, des progrès significatifs (mais pas écrasants) dans la résolution de parties du problème, et s'il existe fondamentalement un moyen de faire quelque chose, les êtres humains le trouvent généralement. 

Je ne dis pas qu'il est temps de paniquer, mais ne négligez pas cette possibilité. 

Cet article figure dans la dernière édition imprimée de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. Nous le partageons ici comme un aperçu des idées explorées tout au long du numéro complet.

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