Podcast avec Chris Ferrie, auteur et professeur prolifique

Mon invité aujourd'hui est Chris Ferrie, professeur agrégé de physique à l'université de technologie de Sydney et auteur prolifique de livres destinés à enseigner les concepts scientifiques aux enfants. Chris et moi avons discuté de la question de savoir si les qubits tournent dans l'autre sens en Australie, de ses intérêts en matière d'enseignement et de recherche, de l'écosystème quantique en Australie, etc.

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LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS

Yuval: Bonjour, Chris. Merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Chris: Merci de m'avoir invité.

Yuval: Qui êtes-vous et que faites-vous ?

Chris: Je m'appelle Chris Ferrie. Je suis professeur associé au Center for Quantum Software and Information de l'Université de technologie de Sydney, en Australie. Nous l'appelons simplement UTS. Je mène des recherches dans certains domaines de l'informatique quantique. Par ailleurs, je pense que je suis probablement plus connu en tant qu'auteur de livres pour enfants. J'ai donc écrit quelques livres, dont la physique quantique pour les bébés.

Yuval: Et vous avez écrit des dizaines de livres, n'est-ce pas ? Sur de nombreux aspects de la physique, je pense.

Chris: Oui. En anglais, j'ai écrit, je crois que nous en sommes à 60 livres maintenant. Et maintenant que mes propres enfants grandissent, j'ai moins envie d'écrire des livres pour bébés et j'ai donc commencé à écrire des livres de non-fiction pour adultes.

Yuval: Wow. Vous avez donc enseigné à des bébés, à des étudiants de troisième cycle et à des étudiants de l'université. Et entre les deux ? Avez-vous de l'expérience ou de l'intérêt pour enseigner à des lycéens ou à des écoliers ? Quel est le bon moment pour commencer avec le quantum ?

Chris: C'est une excellente question. Je veux dire qu'il y a en fait un obstacle technique un peu ennuyeux. D'une certaine manière, il est facile d'enseigner aux bébés parce qu'il suffit d'entrer en contact avec les parents. Et ce sont eux qui achètent les livres et se présentent dans les bibliothèques et lors des événements. En tant que professeur, vous avez en quelque sorte la liberté de faire ce que vous voulez. Vous pouvez donc enseigner aux personnes qui se présentent à l'université. Mais dans le système formel d'éducation publique, il y a un programme d'études. Et si ce programme n'inclut pas l'informatique quantique, il est très difficile de mettre le pied dans la porte. Je dirais donc que oui, nous devrions enseigner aux élèves du secondaire, et certainement même aux élèves du primaire, les aspects fondamentaux de cette technologie qui pourrait être importante dans leur vie à l'avenir, ou peut-être qu'ils voudraient participer à sa construction. Mais cela ne fait pas partie du programme scolaire, et il devient donc très difficile d'aller à la rencontre de ce public.

Yuval: Et qu'enseigneriez-vous ? Voulez-vous partir du principe qu'ils connaissent la trigonométrie ? Leur enseigneriez-vous la multiplication matricielle dès le début ? Comment vous y prendriez-vous ?

Chris: Eh bien, je veux dire que, oui, c'est une bonne question, je pense. Comment commencerais-je ? Je ne pense pas que je commencerais par les mathématiques pour les jeunes. Je veux dire que c'est un peu la même chose que d'enseigner aux élèves, aux jeunes élèves, des faits sur le monde dans l'univers pour lesquels il n'y a pas vraiment de preuves directes. Disons que tout dans le monde est fait d'atomes. Tout le monde le sait, personne ne le remet en question. Mais savez-vous quelles sont les preuves de cette affirmation ? Ce n'est donc pas comme si nous devions leur enseigner la théorie des champs quantiques avant qu'ils ne soient convaincus de l'existence des atomes. De la même manière, nous devons trouver ce qu'il est important de dire aux gens à propos de la technologie quantique, afin qu'elle devienne comme les atomes. Il s'agit d'une chose dont tout le monde convient qu'elle est vraie et qui permet de passer aux étapes suivantes.

C'est donc par là que je commencerais, je pense, en disant qu'il y a une autre façon de faire de l'informatique. Et cela nous aidera à résoudre de nouveaux types de problèmes, comme la conception de matériaux que nous apprécions et qui ne sont absolument pas naturels. Je ne suis entouré d'à peu près rien de naturel dans cette pièce. Et les nouveaux médicaments, qui incluent des choses comme les vaccins, sont tout à fait pertinents aujourd'hui. Je pense donc qu'il est facile de relier certains aspects de l'informatique quantique à notre monde quotidien. Je pense qu'au lycée, de la même manière que nous commençons à introduire les mathématiques dans la physique, nous introduirons les concepts. Mais je pense que je commencerais par les circuits, les circuits quantiques. Il suffit de dire, voici une chose à laquelle on peut ajouter des portes et qui fait des choses, jouons avec et voyons ce qui se passe.

Yuval: Quel est, selon vous, le concept le plus difficile à comprendre pour les gens ? Est-ce la superposition ? Est-ce l'intrication ? Qu'est-ce qui fait que le quantique devient étrange ?

Chris: Je pense que la méta difficulté est en fait pour les experts d'accepter que nous n'avons pas besoin d'enseigner aux gens la superposition et l'intrication, de la même manière que nous n'avons pas besoin d'enseigner aux gens l'effet tunnel dans les transistors avant qu'ils ne comprennent comment coder une application web. N'est-ce pas ? Ainsi, lorsque les gens interagiront avec la technologie quantique à l'avenir, ils ne sauront pas ce que sont la superposition et l'intrication. Ils disposeront d'un langage de haut niveau qui se connectera aux interfaces standard dont nous disposons : claviers, écrans et souris. Et il y aura des abstractions qui ne nécessiteront pas que les gens comprennent ce genre de détails physiques.

Yuval: Excellent. Outre l'éducation, vous êtes également chercheur. Pourriez-vous me parler un peu de vos recherches ? Qu'essayez-vous de trouver ? Sur quoi travaillent plus ou moins vos étudiants ?

Chris: Bien sûr. Je suis donc chercheur. J'ai un grand groupe de recherche, ce qui signifie que je suis plutôt un gestionnaire. Malheureusement, je n'ai pas beaucoup de temps pour faire mes propres recherches, pour m'occuper de mes intérêts personnels et pour suivre ce que les jalons de la subvention vous disent que vous devez produire, c'est-à-dire plusieurs choses. Je peux peut-être vous en parler dans le contexte de la pile logicielle quantique. C'est vrai ? Nous travaillons donc sur les instructions matérielles de bas niveau, également connues sous le nom de contrôles quantiques. Nous essayons de concevoir les instructions de bas niveau que vous enverriez à un élément de technologie quantique, un dispositif quantique, qu'il soit naturel, comme un atome, ou artificiel, comme un circuit supraconducteur, pour lui faire faire ce que vous voulez qu'il fasse.

Il y a donc une sorte d'impasse : si l'on vous présente un appareil, vous ne savez pas comment le décrire. La première chose à faire est donc de le caractériser. Et pour ce faire, il faut, une fois encore, envoyer les instructions et examiner la réponse. Nous nous occupons donc à la fois de la caractérisation et du contrôle des dispositifs quantiques. Pas des dispositifs réels, mais à un niveau abstrait et en utilisant la théorie de la physique quantique. Certains de nos protocoles et résultats finissent par être utilisés en laboratoire, mais nous essayons de les rendre plus généraux. Ensuite, nous travaillons sur des algorithmes quantiques hybrides. Les auditeurs connaissent peut-être l'optimisation quantique, des choses comme QAOA et VQE et beaucoup d'autres acronymes de trois lettres.

Et ce que nous essayons de faire, c'est de voir quel est l'effet du bruit lorsque vous essayez de faire une simulation très détaillée de ces algorithmes. Pour un problème réel, par exemple, prenez un problème d'acheminement de véhicules ou un problème de voyageur de commerce, ou quelque chose comme ça, et décomposez-le en toutes les portes dont vous avez besoin pour l'exécuter sur un ordinateur quantique, mais incluez ensuite le bruit et voyez ce qui se passe. Il s'agit donc d'une approche très pratique. Enfin, au sommet de la pile, nous travaillons sur l'apprentissage automatique quantique, et en particulier sur les algorithmes quantiques pour former des réseaux neuronaux quantiques et d'autres primitives similaires. Ainsi, plutôt que d'utiliser des ordinateurs classiques pour former des réseaux neuronaux quantiques, les gens envisagent aujourd'hui d'utiliser des ordinateurs classiques pour former des réseaux neuronaux quantiques. Et cela pose de nombreux problèmes. Nous concevons donc des algorithmes quantiques qui entraîneront ces réseaux. Et bien sûr, cela nécessite un ordinateur quantique à grande échelle. Il s'agit donc d'une sorte de ciel bleu. Nous couvrons donc une grande partie de la pile logicielle.

Yuval: Lorsque vous parlez de la forme des impulsions et des éléments de bas niveau, s'agit-il d'un problème transitoire ? En d'autres termes, pensez-vous que dans trois ans, les gens seront encore en train d'étudier les formes d'impulsions et la manière de faire faire aux atomes ce que vous attendez d'eux ?

Chris: Je pense que oui. Je pense qu'une grande partie de cette technologie se déplacera vers la recherche universitaire et les laboratoires. Les personnes qui possèdent des prototypes d'appareils construisant de nouvelles technologies pour l'informatique quantique devront continuellement innover et concevoir de nouveaux systèmes de contrôle pour ces appareils. Je pense donc que cela se produira toujours. Je soupçonne que dans l'industrie, on ne veut probablement pas d'un système qui nécessite un doctorat ou toute une équipe de doctorants en physique quantique qui conçoivent constamment des impulsions à la main. Je pense donc qu'il existe des systèmes stables ou activement stabilisés qui fonctionnent de manière automatisée.

Yuval: L'une des choses auxquelles nous réfléchissons chez classic est la mise à l'échelle des systèmes de cinq qubits à 50 qubits, à 500 qubits et pas seulement des impulsions, mais aussi des algorithmes. Comment créer un algorithme qui soit efficace et qui utilise efficacement 500 qubits ou tout autre grand nombre lorsqu'il devient difficile de le faire à la main ? Quels sont, selon vous, les problèmes liés à la mise à l'échelle ? Je veux dire que les circuits jouets sont agréables, mais en fin de compte, nous aurons besoin de plus gros ordinateurs et de plus gros circuits pour résoudre les gros problèmes. Quels sont, selon vous, les principaux obstacles à surmonter pour y parvenir ?

Chris: Le problème réside bien sûr dans l'évolution exponentielle de la technologie quantique. C'est vrai ? Dans le modèle typique auquel nous pensons, nous supposons que nous pouvons contrôler des qubits individuels, ce que nous devons faire, et que nous pouvons contrôler quelques interactions entre les qubits. Nous devons ensuite élaborer des algorithmes à partir de cette sorte de connectivité ou de topologie restreinte. D'une certaine manière, il faut qu'il en soit ainsi, car il est impossible de concevoir un système de contrôle capable de créer une seule interaction entre 500 qubits, pas de la manière dont nous le faisons aujourd'hui, c'est-à-dire avec des ordinateurs conventionnels. Il est donc impossible de simuler 500 qubits. C'est vrai. Je pense donc que le problème du contrôle réside dans le fait que nous sommes dans un état d'esprit classique. C'est vrai ? Nous devons... Nous ressentons le besoin de voir la solution. Et cela signifie qu'il faut simuler le modèle, ce qui n'est plus possible à partir d'un certain nombre de qubits.

Yuval: Dans quelle mesure êtes-vous impliqué, ou vos collègues sont-ils impliqués dans l'industrie ? Est-ce que vous recevez 17 appels par jour, "Hé, aidez-nous à définir cette impulsion" ? Ou "Nous voulons construire ce nouvel ordinateur quantique, ou améliorer la VQE". Ou êtes-vous simplement heureux de travailler dans un laboratoire de recherche ?

Chris: Je veux dire que c'est un peu difficile dans certains pays australiens... Le problème en Australie est que chaque université a sa propre politique en matière de propriété intellectuelle pour son personnel. Il est donc très difficile d'établir un dialogue entre l'industrie et le monde universitaire. D'autant plus qu'aujourd'hui, les universités australiennes sont en difficulté à cause de la pandémie et du manque d'étudiants étrangers, ce qui se traduit par un manque de revenus. Elles cherchent donc malheureusement à protéger plus agressivement leur propriété intellectuelle. Pour beaucoup de chercheurs, c'est donc un non-sens. Ils n'ont ni le temps, ni la patience, ni l'énergie nécessaires pour traiter avec les avocats de leur propre université et tous ceux qui se trouvent à l'étage supérieur.

Donc, oui, il n'y a pas beaucoup d'interactions. La plupart des interactions que je vois se font entre anciens collègues. C'est vrai ? Nous avons donc de nombreux collègues qui ont décidé de quitter le monde universitaire, ne serait-ce que temporairement, pour se lancer dans l'industrie, et ils conservent leurs anciennes relations universitaires. Dans ces cas-là, il y a beaucoup de conversations informelles, mais peu de choses formelles. Il n'y a pas beaucoup de contrats de recherche entre l'industrie et le monde universitaire en Australie.

Yuval: Je pense que vous et moi nous demandions si les qubits tournaient dans l'autre sens en Australie. Mais à part cela, d'après ce que vous voyez, en quoi l'écosystème australien est-il différent des autres régions du monde ? Qu'il s'agisse de la manière dont le gouvernement interagit avec les entreprises, de l'équilibre entre les entreprises et le monde universitaire, ou y a-t-il quelque chose que vous pourriez partager avec nous et qui, selon vous, est unique dans l'écosystème quantique australien ?

Chris: Je pense que la pandémie a été difficile à gérer parce que l'Australie est tellement isolée. Je veux dire, physiquement, c'est évident qu'elle est isolée. Mais cela signifie que même si nous avons Internet et... Je veux dire que nous sommes en train de démontrer que le monde est très petit. Mais ces conversations n'ont pas lieu souvent. C'est vrai ? Vous avez tendance à interagir avec les personnes qui sont physiquement les plus proches de vous. C'est vrai ? Je pense donc qu'en Australie, nous avons un peu perdu le contact avec l'écosystème mondial, pour cette raison, parce que nous avons tendance à interagir avec les personnes locales et que nous ne voyageons pas pour nous rendre non localisés.

L'écosystème australien est donc beaucoup plus petit, d'après ce que je peux voir de l'autre côté de l'océan. Et il ne se développe certainement pas au même rythme. Je pense que cela s'explique en partie par le fait que, dans le monde entier, de nombreux gouvernements ont mis en place des initiatives nationales ou multinationales autour de la technologie quantique, ce qui implique un financement important. En Australie, ce n'est pas le cas. Il n'y a pas d'initiative quantique mondiale ou nationale. Bien qu'il y ait toujours des discussions sur le lancement d'une telle initiative. Je pense donc que... Je veux dire, ce n'est pas surprenant si vous êtes en Australie, elle a tendance à être un peu à la traîne, ce qui n'est pas plus mal. Nous pouvons voir ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas, et ensuite sélectionner les choses qui fonctionnent. Mais comme je l'ai dit, il n'y a qu'une poignée de start-ups en Australie et, bien sûr, les multinationales ont une petite empreinte en Australie, mais pas autant que dans le reste du monde.

Yuval: Alors que nous approchons de la fin de notre conversation, supposons que vous soyez le maître de l'univers quantique pendant quelques années et que vous contrôliez l'activité d'entreprises comme Classiq et d'autres sociétés commerciales dans ce domaine, le matériel, les logiciels, etc. Sur quoi aimeriez-vous que nous travaillions pendant ces deux années où vous êtes le maître de l'univers quantique ?

Chris: Oui, je veux que tu construises un ordinateur quantique, si ça ne te dérange pas. Je pense, je veux dire, mon point de vue est qu'il semble y avoir un problème dans l'écosystème ou les personnes qui essaient d'entrer dans l'écosystème avec de l'argent, et beaucoup de personnes dans l'écosystème avec leur ego semblent penser que la technologie quantique, y compris la tâche de construire un ordinateur quantique, est comme d'autres technologies de la Silicon Valley qui.... Quelqu'un dans son garage peut avoir une bonne idée, et il en résultera une entreprise licorne qui rendra une poignée de personnes très riches. Mais je pense que la réalité est que la construction d'un ordinateur quantique est probablement le défi scientifique et technique le plus difficile auquel l'humanité ait jamais été confrontée. C'est plus difficile que d'atterrir sur la lune. C'est vrai ? Ce sera plus difficile que, eh bien, nous avons déjà atterri sur Mars, mais faire atterrir un humain sur Mars, je pense que ce sera plus facile que de construire un ordinateur quantique.

Je pense donc que nous avons besoin d'un effort plus coordonné, et non d'un tas de... Il y a 10 ou 15 ans, il s'agissait d'un ensemble de groupes universitaires individuels, peut-être une poignée de personnes, où la plupart des travaux étaient réalisés par des étudiants diplômés qui arrivaient sans savoir grand-chose. Aujourd'hui, ce sont quelques entreprises disposant d'un peu plus d'argent et d'un peu plus de personnel qui s'en chargent. Ce n'est pas ainsi que les choses vont se passer. Je veux dire qu'il faudra un effort coordonné entre un grand nombre de personnes disposant d'un financement important. Si j'étais le maître de l'univers quantique, je les réunirais tous et j'essaierais de faire en sorte que cela se produise.

Yuval: Fantastique. Chris, comment peut-on vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?

Chris: Je pense que le meilleur moyen est sans doute Twitter. C'est donc @csferrie. Ou, oui, je suppose que vous pouvez consulter mon site web, ou me chercher sur Google, et vous y trouverez des informations de contact.

Yuval: Excellent. Merci beaucoup de vous être joints à moi aujourd'hui.

Chris: Merci pour cette discussion.