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Podcast avec Vincent van Wingerden de Microsoft

29
Septembre
,
2021

Mon invité aujourd'hui est Vincent van Wingerden, architecte technique pour les données et l'IA chez Microsoft. Vincent et moi avons parlé de l'informatique d'inspiration quantique, du projet éducatif open-source Quantum Katas et de bien d'autres choses encore.

Pour écouter d'autres épisodes, sélectionnez "podcasts" sur notre page "Insights".

LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS

Yuval Boger (Classiq): Bonjour, Vincent. Merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Vincent va wingerden (Microsoft): Bonjour, Yuval. Je suis très heureux d'être ici.

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

Vincent: Je m'appelle Vincent van Wingerden. Je travaille pour la filiale néerlandaise de Microsoft et je suis très occupé par l'espace des données et de l'IA. Je travaille beaucoup dans l'espace quantique et l'éducation quantique et je parle à nos clients et à nos partenaires de ce que le quantique apportera et de la façon dont un ordinateur quantique changera nos vies pour toujours une fois qu'il sera là, mais aussi de l'impact que le quantique aura aujourd'hui et de ce que nous pouvons réaliser avec des algorithmes quantiques aujourd'hui.

Yuval: Avez-vous l'impression que vous devez aller voir vos clients pour leur expliquer ce qu'est le quantique et les convaincre d'y penser, ou la plupart des conversations sont-elles initiées par des clients qui viennent vous voir et vous disent : "Nous avons entendu parler du quantique et nous voulons nous y intéresser" ?

Vincent: Je pense que les deux types de clients existent. Il y a donc des clients qui sont vraiment à l'avant-garde. Et je pense que ce sont aussi des clients qui sont déjà, qui seront là et qui auront le plus d'impact tout de suite. Par exemple, la chimie est une industrie qui sera fortement modifiée si nous disposons d'un ordinateur quantique. Je pense que ces clients recherchent déjà ces solutions de manière plus proactive, alors que d'autres clients, qui ne savent pas à quel point un ordinateur quantique changera leur monde ou leur perspective, ne sont peut-être pas aussi proactifs lorsqu'il s'agit de s'adresser à nous ou à qui que ce soit d'autre. Et c'est nous qui venons à eux.

Je pense qu'un bon exemple sera, par exemple, les entreprises de logistique. Par exemple, si nous parlons de transport et d'optimisation des itinéraires, et de la manière d'acheminer un colis de A à B le plus efficacement possible, cela n'est pas toujours considéré comme une solution pour laquelle un ordinateur quantique fera une énorme différence. Pourtant, c'est vraiment un espace où un ordinateur quantique pourrait faire la différence ou même où des algorithmes inspirés du quantique, que nous pouvons exécuter aujourd'hui sur du matériel classique, peuvent déjà faire une énorme différence. Je pense donc que ces deux types d'entreprises existent. Soit des entreprises vers lesquelles nous allons de manière proactive, soit des clients qui viennent vers nous.

Yuval: Vous avez mentionné l'informatique d'inspiration quantique, et j'ai vu cela sur votre blog, mais je ne suis pas sûr d'avoir entendu cela à d'autres endroits. Pourriez-vous expliquer ce que c'est ?

Vincent: Oui, bien sûr. Nous faisons des recherches sur la mécanique quantique et les concepts quantiques depuis longtemps déjà dans le domaine scientifique. Et nous comprenons en quelque sorte comment tout fonctionne. Pour simplifier, l'inspiration quantique reprend les principes de la mécanique quantique et de l'informatique quantique, mais les exécute sur du matériel classique. Il peut s'agir, par exemple, de CPU sur de très grandes grappes, ou de FPGA, qui peuvent présenter de nombreux avantages dans des domaines spécifiques. Par exemple, si nous parlons d'optimisation, reprenons l'exemple précédent. Revenons à l'exemple précédent, la logistique. C'est un sujet assez difficile à résoudre. Il est assez difficile d'obtenir un itinéraire optimal, surtout si vous avez une grande flotte de voitures. Si vous avez beaucoup d'adresses à visiter, il y a beaucoup de variables dans l'espace de recherche d'un itinéraire optimal, d'un calendrier de livraison optimal, qui devient très grand.

Ces types de problèmes peuvent être résolus à l'aide d'algorithmes classiques, mais la plupart du temps, leur résolution peut prendre tellement de temps qu'il faut trop de temps pour trouver un itinéraire ou un horaire optimal, et nous essayons donc d'obtenir le meilleur horaire possible dans un laps de temps donné. Et cela ne donne pas toujours l'itinéraire ou l'horaire idéal. Maintenant, que peut faire un ordinateur d'inspiration quantique ? Nous pouvons prendre ces concepts que nous avons appris de la mécanique quantique, de l'informatique quantique, et les exécuter sur du matériel classique. Et nous pouvons fondamentalement améliorer ces programmes. Ainsi, vous pouvez créer des programmes plus efficaces pendant que vous créez des programmes en ce moment même, ou utiliser moins de temps pour créer des programmes aussi efficaces que ceux dont nous disposons aujourd'hui. Un bon exemple, qui est un cas de référence public de Microsoft, est, par exemple, l'utilisation de cette technologie pour créer des scanners IRM.

Les examens IRM sont réalisés dans les hôpitaux pour scanner une articulation spécifique ou le cerveau, par exemple. Pour créer une trajectoire optimale pour un scanner, il faut faire des calculs et des mathématiques. En utilisant ces techniques d'optimisation d'inspiration quantique, nous pouvons créer des chemins de balayage plus efficaces, avec le même temps pour résoudre le problème, ou nous pouvons créer des chemins aussi bons que ceux dont nous disposons actuellement, mais en beaucoup moins, en moins de temps, en fait. L'inspiration quantique est donc un domaine dans lequel nous bénéficions des enseignements de la mécanique quantique et de l'informatique quantique à l'heure actuelle. Et c'est aussi quelque chose avec lequel vous pouvez commencer dès maintenant. Vous pouvez donc être un développeur Python et utiliser ces algorithmes et solveurs géniaux dès maintenant.

Yuval: Est-ce que cela s'appelle parfois le recuit numérique ? S'agit-il essentiellement de reprendre les concepts de recuit quantique et de les exécuter sur un ordinateur numérique ?

Vincent: Oui. Il a donc la même fonction qu'un recuit quantique, oui.

Yuval: L'une des promesses des ordinateurs quantiques est qu'ils peuvent résoudre des problèmes multidimensionnels beaucoup plus complexes que les ordinateurs classiques. Mais si vous prenez des concepts inspirés de l'informatique quantique et que vous les exécutez sur des ordinateurs classiques, ne vous heurtez-vous pas aux mêmes limites que celles que les ordinateurs quantiques étaient censés résoudre, à savoir que les problèmes deviennent trop complexes pour les ordinateurs classiques ?

Vincent : Oui. Bien entendu, un ordinateur d'inspiration quantique n'est pas aussi puissant pour l'instant qu'un ordinateur quantique ne le sera un jour. Donc, à terme, si nous disposons d'un ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes, il sera bien plus efficace que les solveurs d'inspiration quantique dont nous disposons à l'heure actuelle. Cependant, nous ne disposons pas encore de cet ordinateur quantique tolérant aux pannes à grande échelle. Par conséquent, si vous souhaitez tirer parti des connaissances actuelles en matière de mécanique quantique et d'ordinateurs quantiques, il s'agit d'un excellent outil à utiliser. De plus, étant donné qu'il faudra beaucoup de temps avant que nous disposions de cet ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes, il s'agit d'une excellente étape intermédiaire. Il s'agit également de préparer les gens et les entreprises à cette étape, d'amener les gens dans le domaine quantique et de leur faire comprendre comment les solveurs, comment ces nouveaux types de solveurs peuvent déjà apporter d'énormes avantages par rapport aux solveurs qu'ils utilisent à l'heure actuelle.

Yuval: Vous avez mentionné que les développeurs Python pouvaient commencer à utiliser ces optimisations dès aujourd'hui, mais en pensant à l'avenir, vous attendez-vous à ce que les gens aient besoin d'une nouvelle formation, soit conceptuelle, soit parce qu'il s'agit simplement d'un langage de programmation un peu différent, pour utiliser les avantages de l'informatique quantique ? Je sais que vous participez à un projet éducatif dans ce domaine.

Vincent: Oui, je travaille sur un projet appelé Quantum Katas, un projet open-source sur GitHub. Si vous allez sur github.com/microsoft/quantumkatas, vous trouverez d'excellentes ressources d'apprentissage. Pour vous donner un peu de contexte sur ce projet et ce qu'il est, je dirais que le Quantum Katas est un projet ouvert à tous. Fondamentalement, les Quantum Katas sont un ensemble d'exercices permettant de passer de zéro à un héros de l'informatique quantique. Nous commençons donc par le commencement. Nous parlons donc d'algèbre linéaire et de la manière de commencer. Tout cela se fait en Python, la partie mathématique. En gros, ce que nous faisons, c'est que nous donnons aux gens des exercices pour les familiariser avec des concepts spécifiques, et cela commence par la multiplication matricielle et l'adjoint d'une matrice, et j'en passe. Il s'agit donc de les familiariser avec les bases de la mathématique, qui est impliquée dans l'informatique quantique. Ensuite, nous passerons à l'échelle supérieure et commencerons à parler des Qubits proprement dits. Comment fonctionne un Qubit ? Que peut-on faire avec un Qubit ? Et cela ne se fait plus en Python.

Nous passons donc à un langage appelé Q#. Il s'agit d'un langage spécifique à un domaine de Microsoft, et il est spécifique à un domaine, c'est-à-dire qu'il est spécifiquement conçu pour programmer des ordinateurs quantiques. Il n'est donc pas vraiment utilisé pour la programmation classique. Et ce langage Q#, essentiellement la raison pour laquelle Microsoft a commencé à construire un langage Q#, au lieu, par exemple, de créer une bibliothèque Python, qui est également une option, est parce que la programmation pour un ordinateur quantique est tellement différente de la programmation pour un ordinateur normal, donc pour un ordinateur de taille, que fondamentalement, nous voulons donner ceci ou donner toutes les possibilités qu'un ordinateur quantique offre dans ce nouveau langage de programmation. L'idée est d'avoir un seul langage, Q#, et de pouvoir cibler plusieurs architectures matérielles. Actuellement, par exemple, si vous commencez à écrire du code en Q#, vous pouvez cibler une machine IonQ ainsi qu'une machine Honeywell dans Azure Quantum.

C'est donc le langage que nous utilisons dans les Quantum Katas. Les utilisateurs commenceront donc par Python pour apprendre les concepts mathématiques, puis ils passeront à Q#. Et à partir de ce langage Q#, les gens vont vraiment monter en puissance. Il faut donc commencer par des concepts de base sur ce qu'est un qubit, puis passer à des concepts plus avancés. Comment utiliser les portes, comment faire des mesures, comment faire des mesures conjointes, comment faire des qubits multiples, et finalement passer à la conception d'algorithmes. Comment fonctionne l'algorithme de Grover ? Comment fonctionne l'algorithme de Shor ? Et à partir de là, on passe à des sujets de plus en plus avancés.

Il s'agit donc d'une série d'exercices de programmation, visant essentiellement à faire travailler les gens sur un ordinateur quantique et à leur apprendre comment fonctionnent des algorithmes spécifiques. Nous leur demandons d'écrire cet algorithme en Q#, bien sûr, étape par étape, de sorte qu'il ne s'agit pas d'écrire l'algorithme de Grover à partir de zéro, mais de commencer par les petites étapes, de construire un petit oracle, puis d'utiliser la recherche Grover pour, par exemple, trouver une solution optimale ou trouver leur solution à l'aide de la recherche Grover.

C'est donc l'idée des Katas, d'initier les gens à l'informatique quantique, de leur apprendre à programmer cet ordinateur quantique à l'aide de Q#. Ce projet a été lancé par une de mes collègues, Maria. Elle travaille sur ce projet depuis un certain temps déjà. Elle ne travaille pas seulement sur les Katas quantiques, mais aussi sur d'autres concepts très intéressants pour apprendre aux gens à programmer ces ordinateurs quantiques. Et je pense que cela pourrait être un invité intéressant à l'avenir. Mais pour en revenir aux Katas et à votre question de savoir si tout le monde devrait changer et passer d'un développeur classique à un développeur quantique, je pense qu'à terme, vous n'aurez plus besoin de savoir comment programmer des portes ou comment programmer des circuits.

Actuellement, si vous programmez pour un ordinateur classique, vous n'avez pas besoin de programmer un code d'assemblage. Vous n'avez pas besoin de programmer toutes les portes que vous allez utiliser. C'est également ce que Microsoft fait avec Q#. Nous essayons d'ajouter une fonctionnalité de bibliothèque de haut niveau, également pour des domaines spécifiques de la quantique. Par exemple, la chimie ou l'apprentissage automatique. Ainsi, les gens n'ont pas besoin d'utiliser toutes ces portes et de faire toutes les choses difficiles de bas niveau, mais peuvent utiliser des fonctions de bibliothèque de plus haut niveau. En fin de compte, les gens doivent bien sûr changer leur façon de travailler, mais ils n'ont pas besoin de savoir, au niveau des portes, ce qu'ils doivent faire.

Je pense qu'une fois que nous nous serons rapprochés de ces ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes, il sera un peu plus facile pour les développeurs de mettre au point des programmes quantiques. Mais bien sûr, il faudra apprendre à utiliser ces nouvelles bibliothèques et comprendre ce que fait un ordinateur quantique pour tirer pleinement parti de ce qu'il a à offrir, tout comme lorsque les GPU sont apparus. Je pense que c'est une bonne comparaison avec un ordinateur quantique. Il faut vraiment apprendre à utiliser un GPU pour accélérer des charges de travail spécifiques. Je pense qu'il en ira de même avec un ordinateur quantique. Vous devrez savoir comment utiliser cet accélérateur pour accélérer vos charges de travail, qu'il s'agisse de chimie ou de logistique, ou de quoi que ce soit d'autre. Le projet Quantum Katas que nous sommes en train de mettre en place est un excellent outil pour se familiariser avec le fonctionnement d'un ordinateur quantique.

Yuval: Quelle serait votre préférence en matière de formation pour quelqu'un qui veut se lancer dans le quantique ? Supposons que vous conseillez une entreprise et que celle-ci vous dise : "Oui, nous voulons créer une équipe quantique. Nous voulons embaucher ou réaffecter trois personnes à cette fin." Préférez-vous un excellent programmeur à l'esprit ouvert qui maîtrise Python, ou préférez-vous un doctorat en systèmes d'information quantique ou une spécialisation en physique plutôt qu'en informatique ?

Vincent : Je pense qu'il m'est difficile de répondre à cette question car je n'ai aucun de ces antécédents. J'ai étudié l'économie. Mais je pense qu'il est très important d'avoir l'esprit ouvert dans ce domaine, car nous assistons à de nombreux changements en ce moment, et nous voyons beaucoup de choses se produire dans le domaine quantique. Donc, si vous pouvez choisir trois personnes, ce sera probablement une combinaison de ces trois personnes. Un grand programmeur qui veut apprendre un nouveau langage comme Q# ou une bibliothèque Python, qui peut vraiment programmer un ordinateur quantique, mais il est très important de bien comprendre comment la mécanique quantique fonctionne sous le capot.

Donc, avoir quelqu'un qui comprend vraiment ce qu'un ordinateur quantique peut faire et comment exploiter les algorithmes, et comment construire un algorithme quantique, je pense que c'est quelque chose que les docteurs en mécanique quantique, par exemple, auront plus de facilité, seront plus aptes à faire, qu'un programmeur à l'heure actuelle. Je pense donc qu'une combinaison des deux sera parfaite. Et je pense que dans l'état actuel de la quantique, les deux professions peuvent devenir des programmeurs quantiques. Je veux dire que, quelle que soit votre formation, le nombre de tutoriels, la quantité de connaissances disponibles sur Internet est si importante que l'un ou l'autre peut devenir un grand programmeur quantique.

Yuval: Et en pensant un peu à l'avenir, alors que nous passons du monde universitaire à la production, prenons un horizon de deux ou trois ans. Quelles sont les applications qui vous enthousiasment le plus et qui pourraient apporter une véritable valeur commerciale au quantique dans ce laps de temps ?

Vincent: Oui, donc je pense que d'ici deux ou trois ans, il se passera beaucoup de choses, n'est-ce pas ? Ce sera génial d'avoir des ordinateurs quantiques plus grands. Cependant, ils ne seront probablement pas encore à grande échelle et tolérants aux pannes. Nous devons donc trouver des algorithmes qui autorisent un peu d'erreur, et ces algorithmes apparaissent de plus en plus. Ces algorithmes autorisent les erreurs et nous permettent d'obtenir la valeur de l'ordinateur quantique. Cependant, je pense également qu'il sera difficile de faire fonctionner dans ce délai les grandes applications que tout le monde attend, par exemple l'algorithme de Shor.

Je pense donc que ce délai de deux ou trois ans permettra également de poursuivre les activités universitaires, d'attirer de nombreuses personnes sur le terrain, de s'assurer que nous serons prêts lorsque ces ordinateurs quantiques à grande échelle seront prêts, mais aussi de s'inspirer de l'informatique quantique. Comment pouvons-nous en quelque sorte utiliser ce temps et cette étape intermédiaire pour tirer parti de cette technologie avant que le grand pas ne soit franchi ? Une fois que ce grand modèle d'ordinateur quantique sera prêt, tout le monde attend bien sûr que l'algorithme de Shor s'allume vraiment et commence à casser les premières clés. Mais je pense qu'avant que cela ne soit prêt, nous avons encore du temps devant nous.

Yuval: Je comprends. Je dois vous demander, en regardant votre parcours, vous avez mentionné l'économie, et maintenant vous faites du quantique, mais vous êtes un grand voyageur. Quel est l'endroit le plus exotique que vous ayez visité ?

Vincent: Oui. J'aime beaucoup voyager pendant mon temps libre, et je pense que l'endroit le plus exotique que nous ayons visité en ce moment est le Groenland, où j'ai fait une randonnée d'environ 10 jours, où j'ai marché, en fait au milieu de nulle part pendant 10 jours, juste avec moi, mon sac à dos et un peu de nourriture, et j'ai vu une faune impressionnante et ce genre de choses. Alors oui, je pense que c'est ça ou peut-être l'Alaska où nous avons aussi été lâchés au milieu de nulle part, et où nous avons juste vu, nous et quelques ours, et puis c'est tout.

Yuval: C'est incroyable. En pensant à tous ces lieux multiples, au sens quantique, on en arrive au problème du vendeur itinérant ou du randonneur itinérant. Compte tenu des capacités actuelles, quelle est l'ampleur du problème du vendeur itinérant que les ordinateurs peuvent résoudre aujourd'hui ?

Vincent: Parlez-vous d'ordinateurs quantiques ou d'ordinateurs traditionnels ?

Yuval: Je pensais aux ordinateurs quantiques, mais je suis heureux que vous répondiez aux deux questions.

Vincent: Commençons par les ordinateurs quantiques. Le plus gros problème, le problème TSP (traveling salesman problem), ne va pas aussi loin. Il faut vraiment quelques Qubits pour encoder toutes les informations sur tous les itinéraires possibles. Pour y parvenir, je pense que ce ne sera pas... Ce sera très petit. Il s'agira de dix ou peut-être vingt emplacements, ce qui n'est pas très grand. Un ordinateur traditionnel serait donc capable de résoudre ce problème. J'ai donc écrit un billet de blog sur la façon de résoudre, je crois, 50 emplacements avec l'inspiration quantique. Pour être honnête, je tiens à préciser que ce n'est pas la façon la plus efficace d'utiliser l'inspiration quantique, mais je pense que c'est la façon la plus simple d'en montrer l'intérêt.

Je pense donc qu'actuellement, nous pouvons faire plus avec l'informatique classique, mais à terme, cela changera vraiment la donne, car si nous pouvons, disons, créer des itinéraires 10 à 15 % plus efficaces, imaginez le nombre de kilomètres en moins qu'une voiture doit parcourir ou qu'un bateau doit naviguer, et cela peut avoir un impact énorme sur notre environnement.

Yuval: Et la dernière question sur le TSP, alors que nous approchons de la fin de notre conversation, combien de temps faut-il pour obtenir la solution d'un TSP à 50 arrêts sur l'informatique inspirée par les quanta ?

Vincent: J'espère que je l'ai écrit dans mon article de blog, mais de mémoire, je pense que nous avions quelque chose comme 20 secondes si je ne me trompe pas. Mais il faut que je vérifie, mais ce n'était pas, et de loin, l'implémentation la plus efficace. Elle pourrait être bien plus efficace, mais je pense que c'était un bon moyen de montrer aux gens comment utiliser l'informatique d'inspiration quantique.

Yuval: Je le pense aussi. Vincent, comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur Quantum Katas et sur les autres travaux que vous réalisez ?

Vincent: Oui. Donc j'ai un site web, un blog avec quelques posts, donc le problème TSP et d'autres choses, ça s'appelle un Vincent.frl. C'est une chose, mais la meilleure façon de me contacter, je pense, c'est via LinkedIn. LinkedIn, Vincent van Wingerden, dont le nom figurera probablement dans le titre du podcast. Ce sera donc le moyen le plus simple de me contacter.

Yuval: Excellent. Merci beaucoup de vous être joint à moi aujourd'hui, Vincent.

Vincent: Bien sûr, vous êtes le bienvenu.


Mon invité aujourd'hui est Vincent van Wingerden, architecte technique pour les données et l'IA chez Microsoft. Vincent et moi avons parlé de l'informatique d'inspiration quantique, du projet éducatif open-source Quantum Katas et de bien d'autres choses encore.

Pour écouter d'autres épisodes, sélectionnez "podcasts" sur notre page "Insights".

LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS

Yuval Boger (Classiq): Bonjour, Vincent. Merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Vincent va wingerden (Microsoft): Bonjour, Yuval. Je suis très heureux d'être ici.

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

Vincent: Je m'appelle Vincent van Wingerden. Je travaille pour la filiale néerlandaise de Microsoft et je suis très occupé par l'espace des données et de l'IA. Je travaille beaucoup dans l'espace quantique et l'éducation quantique et je parle à nos clients et à nos partenaires de ce que le quantique apportera et de la façon dont un ordinateur quantique changera nos vies pour toujours une fois qu'il sera là, mais aussi de l'impact que le quantique aura aujourd'hui et de ce que nous pouvons réaliser avec des algorithmes quantiques aujourd'hui.

Yuval: Avez-vous l'impression que vous devez aller voir vos clients pour leur expliquer ce qu'est le quantique et les convaincre d'y penser, ou la plupart des conversations sont-elles initiées par des clients qui viennent vous voir et vous disent : "Nous avons entendu parler du quantique et nous voulons nous y intéresser" ?

Vincent: Je pense que les deux types de clients existent. Il y a donc des clients qui sont vraiment à l'avant-garde. Et je pense que ce sont aussi des clients qui sont déjà, qui seront là et qui auront le plus d'impact tout de suite. Par exemple, la chimie est une industrie qui sera fortement modifiée si nous disposons d'un ordinateur quantique. Je pense que ces clients recherchent déjà ces solutions de manière plus proactive, alors que d'autres clients, qui ne savent pas à quel point un ordinateur quantique changera leur monde ou leur perspective, ne sont peut-être pas aussi proactifs lorsqu'il s'agit de s'adresser à nous ou à qui que ce soit d'autre. Et c'est nous qui venons à eux.

Je pense qu'un bon exemple sera, par exemple, les entreprises de logistique. Par exemple, si nous parlons de transport et d'optimisation des itinéraires, et de la manière d'acheminer un colis de A à B le plus efficacement possible, cela n'est pas toujours considéré comme une solution pour laquelle un ordinateur quantique fera une énorme différence. Pourtant, c'est vraiment un espace où un ordinateur quantique pourrait faire la différence ou même où des algorithmes inspirés du quantique, que nous pouvons exécuter aujourd'hui sur du matériel classique, peuvent déjà faire une énorme différence. Je pense donc que ces deux types d'entreprises existent. Soit des entreprises vers lesquelles nous allons de manière proactive, soit des clients qui viennent vers nous.

Yuval: Vous avez mentionné l'informatique d'inspiration quantique, et j'ai vu cela sur votre blog, mais je ne suis pas sûr d'avoir entendu cela à d'autres endroits. Pourriez-vous expliquer ce que c'est ?

Vincent: Oui, bien sûr. Nous faisons des recherches sur la mécanique quantique et les concepts quantiques depuis longtemps déjà dans le domaine scientifique. Et nous comprenons en quelque sorte comment tout fonctionne. Pour simplifier, l'inspiration quantique reprend les principes de la mécanique quantique et de l'informatique quantique, mais les exécute sur du matériel classique. Il peut s'agir, par exemple, de CPU sur de très grandes grappes, ou de FPGA, qui peuvent présenter de nombreux avantages dans des domaines spécifiques. Par exemple, si nous parlons d'optimisation, reprenons l'exemple précédent. Revenons à l'exemple précédent, la logistique. C'est un sujet assez difficile à résoudre. Il est assez difficile d'obtenir un itinéraire optimal, surtout si vous avez une grande flotte de voitures. Si vous avez beaucoup d'adresses à visiter, il y a beaucoup de variables dans l'espace de recherche d'un itinéraire optimal, d'un calendrier de livraison optimal, qui devient très grand.

Ces types de problèmes peuvent être résolus à l'aide d'algorithmes classiques, mais la plupart du temps, leur résolution peut prendre tellement de temps qu'il faut trop de temps pour trouver un itinéraire ou un horaire optimal, et nous essayons donc d'obtenir le meilleur horaire possible dans un laps de temps donné. Et cela ne donne pas toujours l'itinéraire ou l'horaire idéal. Maintenant, que peut faire un ordinateur d'inspiration quantique ? Nous pouvons prendre ces concepts que nous avons appris de la mécanique quantique, de l'informatique quantique, et les exécuter sur du matériel classique. Et nous pouvons fondamentalement améliorer ces programmes. Ainsi, vous pouvez créer des programmes plus efficaces pendant que vous créez des programmes en ce moment même, ou utiliser moins de temps pour créer des programmes aussi efficaces que ceux dont nous disposons aujourd'hui. Un bon exemple, qui est un cas de référence public de Microsoft, est, par exemple, l'utilisation de cette technologie pour créer des scanners IRM.

Les examens IRM sont réalisés dans les hôpitaux pour scanner une articulation spécifique ou le cerveau, par exemple. Pour créer une trajectoire optimale pour un scanner, il faut faire des calculs et des mathématiques. En utilisant ces techniques d'optimisation d'inspiration quantique, nous pouvons créer des chemins de balayage plus efficaces, avec le même temps pour résoudre le problème, ou nous pouvons créer des chemins aussi bons que ceux dont nous disposons actuellement, mais en beaucoup moins, en moins de temps, en fait. L'inspiration quantique est donc un domaine dans lequel nous bénéficions des enseignements de la mécanique quantique et de l'informatique quantique à l'heure actuelle. Et c'est aussi quelque chose avec lequel vous pouvez commencer dès maintenant. Vous pouvez donc être un développeur Python et utiliser ces algorithmes et solveurs géniaux dès maintenant.

Yuval: Est-ce que cela s'appelle parfois le recuit numérique ? S'agit-il essentiellement de reprendre les concepts de recuit quantique et de les exécuter sur un ordinateur numérique ?

Vincent: Oui. Il a donc la même fonction qu'un recuit quantique, oui.

Yuval: L'une des promesses des ordinateurs quantiques est qu'ils peuvent résoudre des problèmes multidimensionnels beaucoup plus complexes que les ordinateurs classiques. Mais si vous prenez des concepts inspirés de l'informatique quantique et que vous les exécutez sur des ordinateurs classiques, ne vous heurtez-vous pas aux mêmes limites que celles que les ordinateurs quantiques étaient censés résoudre, à savoir que les problèmes deviennent trop complexes pour les ordinateurs classiques ?

Vincent : Oui. Bien entendu, un ordinateur d'inspiration quantique n'est pas aussi puissant pour l'instant qu'un ordinateur quantique ne le sera un jour. Donc, à terme, si nous disposons d'un ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes, il sera bien plus efficace que les solveurs d'inspiration quantique dont nous disposons à l'heure actuelle. Cependant, nous ne disposons pas encore de cet ordinateur quantique tolérant aux pannes à grande échelle. Par conséquent, si vous souhaitez tirer parti des connaissances actuelles en matière de mécanique quantique et d'ordinateurs quantiques, il s'agit d'un excellent outil à utiliser. De plus, étant donné qu'il faudra beaucoup de temps avant que nous disposions de cet ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes, il s'agit d'une excellente étape intermédiaire. Il s'agit également de préparer les gens et les entreprises à cette étape, d'amener les gens dans le domaine quantique et de leur faire comprendre comment les solveurs, comment ces nouveaux types de solveurs peuvent déjà apporter d'énormes avantages par rapport aux solveurs qu'ils utilisent à l'heure actuelle.

Yuval: Vous avez mentionné que les développeurs Python pouvaient commencer à utiliser ces optimisations dès aujourd'hui, mais en pensant à l'avenir, vous attendez-vous à ce que les gens aient besoin d'une nouvelle formation, soit conceptuelle, soit parce qu'il s'agit simplement d'un langage de programmation un peu différent, pour utiliser les avantages de l'informatique quantique ? Je sais que vous participez à un projet éducatif dans ce domaine.

Vincent: Oui, je travaille sur un projet appelé Quantum Katas, un projet open-source sur GitHub. Si vous allez sur github.com/microsoft/quantumkatas, vous trouverez d'excellentes ressources d'apprentissage. Pour vous donner un peu de contexte sur ce projet et ce qu'il est, je dirais que le Quantum Katas est un projet ouvert à tous. Fondamentalement, les Quantum Katas sont un ensemble d'exercices permettant de passer de zéro à un héros de l'informatique quantique. Nous commençons donc par le commencement. Nous parlons donc d'algèbre linéaire et de la manière de commencer. Tout cela se fait en Python, la partie mathématique. En gros, ce que nous faisons, c'est que nous donnons aux gens des exercices pour les familiariser avec des concepts spécifiques, et cela commence par la multiplication matricielle et l'adjoint d'une matrice, et j'en passe. Il s'agit donc de les familiariser avec les bases de la mathématique, qui est impliquée dans l'informatique quantique. Ensuite, nous passerons à l'échelle supérieure et commencerons à parler des Qubits proprement dits. Comment fonctionne un Qubit ? Que peut-on faire avec un Qubit ? Et cela ne se fait plus en Python.

Nous passons donc à un langage appelé Q#. Il s'agit d'un langage spécifique à un domaine de Microsoft, et il est spécifique à un domaine, c'est-à-dire qu'il est spécifiquement conçu pour programmer des ordinateurs quantiques. Il n'est donc pas vraiment utilisé pour la programmation classique. Et ce langage Q#, essentiellement la raison pour laquelle Microsoft a commencé à construire un langage Q#, au lieu, par exemple, de créer une bibliothèque Python, qui est également une option, est parce que la programmation pour un ordinateur quantique est tellement différente de la programmation pour un ordinateur normal, donc pour un ordinateur de taille, que fondamentalement, nous voulons donner ceci ou donner toutes les possibilités qu'un ordinateur quantique offre dans ce nouveau langage de programmation. L'idée est d'avoir un seul langage, Q#, et de pouvoir cibler plusieurs architectures matérielles. Actuellement, par exemple, si vous commencez à écrire du code en Q#, vous pouvez cibler une machine IonQ ainsi qu'une machine Honeywell dans Azure Quantum.

C'est donc le langage que nous utilisons dans les Quantum Katas. Les utilisateurs commenceront donc par Python pour apprendre les concepts mathématiques, puis ils passeront à Q#. Et à partir de ce langage Q#, les gens vont vraiment monter en puissance. Il faut donc commencer par des concepts de base sur ce qu'est un qubit, puis passer à des concepts plus avancés. Comment utiliser les portes, comment faire des mesures, comment faire des mesures conjointes, comment faire des qubits multiples, et finalement passer à la conception d'algorithmes. Comment fonctionne l'algorithme de Grover ? Comment fonctionne l'algorithme de Shor ? Et à partir de là, on passe à des sujets de plus en plus avancés.

Il s'agit donc d'une série d'exercices de programmation, visant essentiellement à faire travailler les gens sur un ordinateur quantique et à leur apprendre comment fonctionnent des algorithmes spécifiques. Nous leur demandons d'écrire cet algorithme en Q#, bien sûr, étape par étape, de sorte qu'il ne s'agit pas d'écrire l'algorithme de Grover à partir de zéro, mais de commencer par les petites étapes, de construire un petit oracle, puis d'utiliser la recherche Grover pour, par exemple, trouver une solution optimale ou trouver leur solution à l'aide de la recherche Grover.

C'est donc l'idée des Katas, d'initier les gens à l'informatique quantique, de leur apprendre à programmer cet ordinateur quantique à l'aide de Q#. Ce projet a été lancé par une de mes collègues, Maria. Elle travaille sur ce projet depuis un certain temps déjà. Elle ne travaille pas seulement sur les Katas quantiques, mais aussi sur d'autres concepts très intéressants pour apprendre aux gens à programmer ces ordinateurs quantiques. Et je pense que cela pourrait être un invité intéressant à l'avenir. Mais pour en revenir aux Katas et à votre question de savoir si tout le monde devrait changer et passer d'un développeur classique à un développeur quantique, je pense qu'à terme, vous n'aurez plus besoin de savoir comment programmer des portes ou comment programmer des circuits.

Actuellement, si vous programmez pour un ordinateur classique, vous n'avez pas besoin de programmer un code d'assemblage. Vous n'avez pas besoin de programmer toutes les portes que vous allez utiliser. C'est également ce que Microsoft fait avec Q#. Nous essayons d'ajouter une fonctionnalité de bibliothèque de haut niveau, également pour des domaines spécifiques de la quantique. Par exemple, la chimie ou l'apprentissage automatique. Ainsi, les gens n'ont pas besoin d'utiliser toutes ces portes et de faire toutes les choses difficiles de bas niveau, mais peuvent utiliser des fonctions de bibliothèque de plus haut niveau. En fin de compte, les gens doivent bien sûr changer leur façon de travailler, mais ils n'ont pas besoin de savoir, au niveau des portes, ce qu'ils doivent faire.

Je pense qu'une fois que nous nous serons rapprochés de ces ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes, il sera un peu plus facile pour les développeurs de mettre au point des programmes quantiques. Mais bien sûr, il faudra apprendre à utiliser ces nouvelles bibliothèques et comprendre ce que fait un ordinateur quantique pour tirer pleinement parti de ce qu'il a à offrir, tout comme lorsque les GPU sont apparus. Je pense que c'est une bonne comparaison avec un ordinateur quantique. Il faut vraiment apprendre à utiliser un GPU pour accélérer des charges de travail spécifiques. Je pense qu'il en ira de même avec un ordinateur quantique. Vous devrez savoir comment utiliser cet accélérateur pour accélérer vos charges de travail, qu'il s'agisse de chimie ou de logistique, ou de quoi que ce soit d'autre. Le projet Quantum Katas que nous sommes en train de mettre en place est un excellent outil pour se familiariser avec le fonctionnement d'un ordinateur quantique.

Yuval: Quelle serait votre préférence en matière de formation pour quelqu'un qui veut se lancer dans le quantique ? Supposons que vous conseillez une entreprise et que celle-ci vous dise : "Oui, nous voulons créer une équipe quantique. Nous voulons embaucher ou réaffecter trois personnes à cette fin." Préférez-vous un excellent programmeur à l'esprit ouvert qui maîtrise Python, ou préférez-vous un doctorat en systèmes d'information quantique ou une spécialisation en physique plutôt qu'en informatique ?

Vincent : Je pense qu'il m'est difficile de répondre à cette question car je n'ai aucun de ces antécédents. J'ai étudié l'économie. Mais je pense qu'il est très important d'avoir l'esprit ouvert dans ce domaine, car nous assistons à de nombreux changements en ce moment, et nous voyons beaucoup de choses se produire dans le domaine quantique. Donc, si vous pouvez choisir trois personnes, ce sera probablement une combinaison de ces trois personnes. Un grand programmeur qui veut apprendre un nouveau langage comme Q# ou une bibliothèque Python, qui peut vraiment programmer un ordinateur quantique, mais il est très important de bien comprendre comment la mécanique quantique fonctionne sous le capot.

Donc, avoir quelqu'un qui comprend vraiment ce qu'un ordinateur quantique peut faire et comment exploiter les algorithmes, et comment construire un algorithme quantique, je pense que c'est quelque chose que les docteurs en mécanique quantique, par exemple, auront plus de facilité, seront plus aptes à faire, qu'un programmeur à l'heure actuelle. Je pense donc qu'une combinaison des deux sera parfaite. Et je pense que dans l'état actuel de la quantique, les deux professions peuvent devenir des programmeurs quantiques. Je veux dire que, quelle que soit votre formation, le nombre de tutoriels, la quantité de connaissances disponibles sur Internet est si importante que l'un ou l'autre peut devenir un grand programmeur quantique.

Yuval: Et en pensant un peu à l'avenir, alors que nous passons du monde universitaire à la production, prenons un horizon de deux ou trois ans. Quelles sont les applications qui vous enthousiasment le plus et qui pourraient apporter une véritable valeur commerciale au quantique dans ce laps de temps ?

Vincent: Oui, donc je pense que d'ici deux ou trois ans, il se passera beaucoup de choses, n'est-ce pas ? Ce sera génial d'avoir des ordinateurs quantiques plus grands. Cependant, ils ne seront probablement pas encore à grande échelle et tolérants aux pannes. Nous devons donc trouver des algorithmes qui autorisent un peu d'erreur, et ces algorithmes apparaissent de plus en plus. Ces algorithmes autorisent les erreurs et nous permettent d'obtenir la valeur de l'ordinateur quantique. Cependant, je pense également qu'il sera difficile de faire fonctionner dans ce délai les grandes applications que tout le monde attend, par exemple l'algorithme de Shor.

Je pense donc que ce délai de deux ou trois ans permettra également de poursuivre les activités universitaires, d'attirer de nombreuses personnes sur le terrain, de s'assurer que nous serons prêts lorsque ces ordinateurs quantiques à grande échelle seront prêts, mais aussi de s'inspirer de l'informatique quantique. Comment pouvons-nous en quelque sorte utiliser ce temps et cette étape intermédiaire pour tirer parti de cette technologie avant que le grand pas ne soit franchi ? Une fois que ce grand modèle d'ordinateur quantique sera prêt, tout le monde attend bien sûr que l'algorithme de Shor s'allume vraiment et commence à casser les premières clés. Mais je pense qu'avant que cela ne soit prêt, nous avons encore du temps devant nous.

Yuval: Je comprends. Je dois vous demander, en regardant votre parcours, vous avez mentionné l'économie, et maintenant vous faites du quantique, mais vous êtes un grand voyageur. Quel est l'endroit le plus exotique que vous ayez visité ?

Vincent: Oui. J'aime beaucoup voyager pendant mon temps libre, et je pense que l'endroit le plus exotique que nous ayons visité en ce moment est le Groenland, où j'ai fait une randonnée d'environ 10 jours, où j'ai marché, en fait au milieu de nulle part pendant 10 jours, juste avec moi, mon sac à dos et un peu de nourriture, et j'ai vu une faune impressionnante et ce genre de choses. Alors oui, je pense que c'est ça ou peut-être l'Alaska où nous avons aussi été lâchés au milieu de nulle part, et où nous avons juste vu, nous et quelques ours, et puis c'est tout.

Yuval: C'est incroyable. En pensant à tous ces lieux multiples, au sens quantique, on en arrive au problème du vendeur itinérant ou du randonneur itinérant. Compte tenu des capacités actuelles, quelle est l'ampleur du problème du vendeur itinérant que les ordinateurs peuvent résoudre aujourd'hui ?

Vincent: Parlez-vous d'ordinateurs quantiques ou d'ordinateurs traditionnels ?

Yuval: Je pensais aux ordinateurs quantiques, mais je suis heureux que vous répondiez aux deux questions.

Vincent: Commençons par les ordinateurs quantiques. Le plus gros problème, le problème TSP (traveling salesman problem), ne va pas aussi loin. Il faut vraiment quelques Qubits pour encoder toutes les informations sur tous les itinéraires possibles. Pour y parvenir, je pense que ce ne sera pas... Ce sera très petit. Il s'agira de dix ou peut-être vingt emplacements, ce qui n'est pas très grand. Un ordinateur traditionnel serait donc capable de résoudre ce problème. J'ai donc écrit un billet de blog sur la façon de résoudre, je crois, 50 emplacements avec l'inspiration quantique. Pour être honnête, je tiens à préciser que ce n'est pas la façon la plus efficace d'utiliser l'inspiration quantique, mais je pense que c'est la façon la plus simple d'en montrer l'intérêt.

Je pense donc qu'actuellement, nous pouvons faire plus avec l'informatique classique, mais à terme, cela changera vraiment la donne, car si nous pouvons, disons, créer des itinéraires 10 à 15 % plus efficaces, imaginez le nombre de kilomètres en moins qu'une voiture doit parcourir ou qu'un bateau doit naviguer, et cela peut avoir un impact énorme sur notre environnement.

Yuval: Et la dernière question sur le TSP, alors que nous approchons de la fin de notre conversation, combien de temps faut-il pour obtenir la solution d'un TSP à 50 arrêts sur l'informatique inspirée par les quanta ?

Vincent: J'espère que je l'ai écrit dans mon article de blog, mais de mémoire, je pense que nous avions quelque chose comme 20 secondes si je ne me trompe pas. Mais il faut que je vérifie, mais ce n'était pas, et de loin, l'implémentation la plus efficace. Elle pourrait être bien plus efficace, mais je pense que c'était un bon moyen de montrer aux gens comment utiliser l'informatique d'inspiration quantique.

Yuval: Je le pense aussi. Vincent, comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur Quantum Katas et sur les autres travaux que vous réalisez ?

Vincent: Oui. Donc j'ai un site web, un blog avec quelques posts, donc le problème TSP et d'autres choses, ça s'appelle un Vincent.frl. C'est une chose, mais la meilleure façon de me contacter, je pense, c'est via LinkedIn. LinkedIn, Vincent van Wingerden, dont le nom figurera probablement dans le titre du podcast. Ce sera donc le moyen le plus simple de me contacter.

Yuval: Excellent. Merci beaucoup de vous être joint à moi aujourd'hui, Vincent.

Vincent: Bien sûr, vous êtes le bienvenu.


A propos de "The Qubit Guy's Podcast" (Le podcast du gars de Qubit)

Animé par The Qubit Guy (Yuval Boger, notre directeur marketing), le podcast accueille des leaders d'opinion de l'informatique quantique pour discuter de questions commerciales et techniques qui ont un impact sur l'écosystème de l'informatique quantique. Nos invités fournissent des informations intéressantes sur les logiciels et algorithmes d'ordinateurs quantiques, le matériel informatique quantique, les applications clés de l'informatique quantique, les études de marché de l'industrie quantique et bien plus encore.

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