Podcast avec Paul Lipman - Président de l'informatique quantique chez ColdQuanta

Mon invité aujourd'hui est Paul Lipman, président de l'informatique quantique chez ColdQuanta. Avec Paul, nous parlons des différences entre les qubits à atomes froids et les qubits supraconducteurs, des stratégies de tarification pour les ordinateurs quantiques basés sur le cloud, et bien plus encore.

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

Paul: Enchanté, Yuval. Et merci de m'avoir invité à participer à votre podcast.

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

Paul: Je m'appelle Paul Lipman. Je suis président de l'informatique quantique chez ColdQuanta. Je dirige donc l'équipe qui construit nos ordinateurs quantiques. ColdQuanta, en tant qu'entreprise, est un leader de la technologie de l'atome froid. L'entreprise a été fondée en 2007 à la suite de travaux révolutionnaires réalisés à l'université du Colorado, à Boulder, où une équipe, dont notre cofondateur Dana Anderson, a été la première au monde à créer un condensat de Bose-Einstein. Nous pouvons parler un peu de ce que c'est et pourquoi c'est important. Dana a donc fondé l'entreprise, et nous sommes l'un des leaders mondiaux dans le développement et la fabrication de chambres à vide de très haute qualité et de très faible encombrement. C'est vraiment le cœur de notre activité, qui permet un large éventail de cas d'utilisation de la technologie quantique, y compris, bien sûr, l'informatique quantique.

Yuval: Concentrons-nous sur l'informatique quantique. Que signifie l'atome froid et pourquoi est-il différent (ou pourquoi est-il meilleur), selon vous, des autres modalités de l'informatique quantique ?

Paul: Essentiellement, lorsque nous parlons de technologie quantique, de mécanique quantique et d'effets quantiques, ceux-ci commencent à se manifester à de très petites échelles et à très basse température. Ainsi, lorsque vous refroidissez la matière à très basse température, les effets de la mécanique quantique commencent à se concrétiser et vous pouvez alors les utiliser pour créer des capteurs quantiques, par exemple, comme nous le faisons à ColdQuanta, et vous pouvez également utiliser ces atomes froids comme des qubits. Ainsi, à ColdQuanta, nous utilisons diverses techniques pour piéger les atomes, les refroidir à des microkelvins, des centaines de millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu, et ces qubits peuvent ensuite être utilisés pour créer un ordinateur quantique. Dans le cas de ColdQuanta, nous utilisons des atomes de césium comme qubits et nous les emprisonnons dans une grille 2D de lumière laser. Ensuite, nous utilisons des lasers et des micro-ondes pour préparer l'état, affecter les états quantiques des qubits, les enchevêtrer et effectuer des mesures.

L'un des avantages réels de cette approche est qu'elle est intrinsèquement très évolutive. Comme il s'agit d'atomes neutres, nous pouvons les regrouper très étroitement. Il n'y a que quelques microns d'écart dans le réseau. Ainsi, dans un dispositif qui pourrait littéralement tenir dans la paume de votre main, nous piégeons notre réseau de qubits. Aujourd'hui, nous travaillons sur des réseaux de qubits d'environ cent qubits. Très bientôt, nous passerons à des milliers et, à terme, nous pourrons atteindre des centaines de milliers, voire des millions de qubits, là encore, dans un espace très réduit. L'approche de l'informatique quantique basée sur l'atome froid présente donc de réels avantages inhérents en termes d'échelle.

Yuval: Donc, les avantages d'échelle, et peut-être aussi le refroidissement. Avez-vous besoin d'un grand réfrigérateur autour de votre ordinateur ?

Paul: C'est l'une des principales différences entre l'approche de l'informatique quantique basée sur l'atome froid et l'approche supraconductrice. Dans l'approche supraconductrice, les qubits sont fabriqués. Ils doivent être fabriqués dans une usine, puis refroidis à des microkelvins, c'est-à-dire à des milliers de degrés au-dessus du zéro absolu, dans des réfrigérateurs à dilution. Et si vous envisagez de passer de, disons, 50 qubits comme le font aujourd'hui certains fournisseurs de supraconducteurs à des millions de qubits, vous devez construire ces réfrigérateurs de dilution qui occupent une pièce entière, de la taille d'un terrain de basket-ball.

Avec l'approche de l'atome froid, nous n'avons pas besoin de réfrigération cryogénique. Nous utilisons simplement des lasers pour refroidir ces atomes, essentiellement pour les maintenir en place, réduire leur énergie cinétique de mouvement et ainsi les refroidir à des températures de trois ordres de grandeur. En fait, dans nos pièges d'aujourd'hui, nous atteignons des températures de l'ordre de cinq microkelvins. Soit cinq millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu, mille fois plus froid qu'un ordinateur quantique supraconducteur, mais sans aucune réfrigération. Cela a d'importantes implications, encore une fois, en termes de mise à l'échelle de ces technologies, de maintien de l'état, de cohérence des qubits, qui sont autant d'avantages dont vous avez besoin en fin de compte pour obtenir une réelle fidélité des algorithmes.

Yuval: Si nous avions ici un représentant d'une entreprise qui fabrique des qubits supraconducteurs et des ordinateurs quantiques basés sur la technologie supraconductrice, quel serait, selon vous, l'inconvénient de l'approche de l'atome froid ?

Paul: Eh bien, je pense qu'il y a une variété de modalités dans l'industrie. Il y a la supraconduction, qui a été la première à sortir, sans jeu de mots, en termes de création d'ordinateurs quantiques. Il y a la modalité des ions piégés, peut-être un peu plus loin. Enfin, l'atome froid est vraiment le petit nouveau, mais en fin de compte le petit nouveau avec des décennies de recherche, de développement technologique et de capacité derrière nous. Ainsi, je pense que si vous interrogez quelqu'un du monde de la supraconductivité, il vous indiquera qu'il dispose de ces ordinateurs quantiques dans le monde réel, disponibles en ligne pour que les clients puissent les utiliser et en faire l'expérience. ColdQuanta va lancer son premier ordinateur quantique, un ordinateur quantique de 100 qubits baptisé Hilbert en l'honneur de David Hilbert. Nous le mettrons sur le marché vers la fin de l'année. Puis, à partir de là, nous passerons très rapidement à l'échelle supérieure.

Yuval: Quelle est la vitesse du cycle de calcul réel ? Ainsi, si j'ai une unité centrale classique d'un mégahertz, je sais qu'il faut environ un micron pour chaque cycle. Quelle est la durée d'un cycle pour un ordinateur quantique froid ?

Paul: C'est une excellente question. Je pense qu'il y a deux aspects à cette question. Je pense que l'un d'entre eux, et peut-être que nous aborderons ce sujet et parlerons des avantages et de la manière dont ces ordinateurs sont utilisés aujourd'hui, la comparaison des fréquences d'horloge entre les ordinateurs classiques et les ordinateurs quantiques, bien qu'intéressante, n'est probablement pas la bonne manière d'y penser parce qu'en fin de compte, nous comptons sur ces dispositifs pour faire des choses très différentes. Cela dit, la physique des atomes de Rydberg, qui est la technique que nous utilisons pour l'intrication et les portes, permet des fréquences d'horloge de l'ordre de la centaine de mégahertz. Ce n'est donc certainement pas aujourd'hui, du moins, le gigahertz que vous obtiendriez avec un ordinateur classique. Mais encore une fois, je pense qu'il s'agit d'une comparaison entre des pommes et des oranges en ce qui concerne le type de travail que nous confions à un ordinateur classique par rapport à un ordinateur quantique.

Yuval: Une fois que le Hilbert sera disponible, comment pensez-vous le déployer ? Si je n'ai pas besoin de ce gros système de réfrigération, est-ce que j'en possède un en tant qu'entreprise ? Va-t-il sur le nuage ? Va-t-il sur votre nuage ? Comment voyez-vous le déploiement au départ ?

Paul: Au départ, nous lancerons Hilbert, comme je l'ai dit, à la fin de cette année, et ce sera sur notre propre nuage, puis nous le lancerons sur un ou plusieurs services de nuage public en 2022 et cet ordinateur, Hilbert, et en fait les générations que nous avons planifiées pour venir après Hilbert seront initialement hébergés dans notre centre de données à Boulder, Colorado, et éventuellement dans d'autres lieux également. L'un des autres avantages de l'approche de l'informatique quantique par l'atome froid est la possibilité de réduire le facteur de forme. Nous en avons fait l'expérience. La semaine dernière, j'étais dans notre bureau d'Oxford, au Royaume-Uni, où nous avons effectué un travail de pionnier très intéressant en créant des sources photoniques intégrées pour la technologie des atomes froids. Nous avons pris quelque chose qui serait typiquement un banc optique d'environ un mètre carré, et nous l'avons réduit à quelque chose, encore une fois, que vous pourriez tenir dans la paume de votre main.

Il en ira de même pour l'informatique quantique. Ainsi, avec l'atome froid, le réseau de qubits actuel, vous pourriez avoir un million de qubits dans quelque chose de la taille de votre ongle et en fait avec beaucoup d'espace libre, ces atomes sont emballés, comme je l'ai dit, très étroitement ensemble. Ainsi, notre feuille de route pour l'avenir est que toutes les optiques, tous les lasers et toute l'électronique soient réduits à un point tel qu'ils puissent être montés sur un support. Ainsi, si vous pensez à un ordinateur quantique, disons 100 000 ordinateurs quantiques d'un million de qubits, et à quelques unités de 19 pouces montables en rack, cela ouvre la voie à des cas d'utilisation vraiment intéressants et convaincants. Je veux dire, si vous pensez à un ordinateur quantique à la périphérie du réseau, un ordinateur quantique sur un satellite, par exemple, dans le cadre d'un réseau de communication quantique, ce sont des choses qui ne sont même pas concevables pour ces dispositifs à grande échelle de la taille d'une pièce, mais en fin de compte, cette forme de réduction ouvrira, je pense, un tout nouveau monde de possibilités.

Yuval: Absolument. Vous avez mentionné que les ordinateurs seront d'abord disponibles sur votre nuage, puis un peu plus tard sur certains nuages publics. Sont-ils toujours physiquement à Boulder ? Si j'étais un abonné AWS, Google Quantum ou Azure Quantum, est-ce que je soumettrais des tâches à un ordinateur qui se trouve à Boulder ou est-ce qu'elles seraient hébergées dans l'un de leurs centres de données ?

Paul: Oui, je pense qu'il faut faire la différence entre le court terme, le moyen terme et le long terme. Aujourd'hui, à court terme, il en sera de même pour ColdQuanta que pour tous les autres ordinateurs quantiques actuellement disponibles sur le marché, c'est-à-dire qu'ils sont hébergés dans des centres de données spécialisés. Bien qu'ils puissent être mis à disposition par le biais d'une infrastructure en nuage, ce qui présente certainement des avantages considérables, ces dispositifs sont physiquement installés dans les centres de données des vendeurs. Je pense que nous verrons cela changer avec le temps et que cela changera à la fois en raison de certains acteurs. Microsoft investit beaucoup dans la photonique, Amazon travaille sur ses propres ordinateurs quantiques. Google a évidemment développé le sien. Et puis, comme je l'ai dit, à mesure que les facteurs de forme se réduisent, certainement pour l'atome froid, nous aurons la capacité de déployer ces dispositifs dans une variété d'environnements de centres de données, à la fois dans le nuage public, le nuage privé, le nuage hybride, ce qui ouvre une gamme de capacités différentes à cet égard.

Yuval: Comment fixer le prix de l'utilisation ? Est-ce que c'est par "oh, j'utilise l'ordinateur pendant 32 secondes aujourd'hui, et donc je paie quelque chose fois 32", ou est-ce que c'est par le nombre d'opérations ou le nombre de qubits ? Quel est le moteur de la tarification ?

Paul: Je pense qu'il s'agit d'un domaine où des changements considérables sont en train de se produire dans l'industrie. Si vous regardez les prix des ordinateurs quantiques qui sont disponibles dans les nuages publics aujourd'hui, vous verrez qu'il y a vraiment de tout en termes de méthodologie de tarification, en termes de structures de tarification, et c'est un sujet sur lequel nous sommes en conversation active avec un large éventail de clients potentiels pour Hilbert afin de déterminer la méthodologie de tarification la plus appropriée. Comme je l'ai dit, Hilbert sera lancé dans le courant de l'année, nous n'avons pas encore annoncé publiquement nos prix. Certains clients nous ont dit : "Nous voulons juste payer pour des blocs de temps programmés afin de pouvoir exécuter nos travaux". D'autres nous ont dit : "En fait, ce que nous voulons faire à plus long terme, c'est disposer d'un ordinateur quantique entièrement dédié, mais que vous, ColdQuanta, hébergez dans votre centre de données, et tout ce qui se trouve entre les deux". Il s'agit donc d'un domaine de travail actif pour nous, et nous annoncerons publiquement les prix lors de notre lancement.

Yuval: Dans le monde quantique, il y a des clients qui en sont à différents stades d'engagement envers le quantique. Il y a évidemment ceux qui ne font qu'y penser. Il y a ceux qui procèdent à diverses vérifications de concepts pour voir s'il y a une adéquation, si le quantique peut vraiment tenir ses promesses. Et puis il y a ceux qui disent : "D'accord, je me prépare à passer à la production". À partir de quel type d'applications pensez-vous que cela devienne rentable ? J'ai discuté avec quelques clients et l'un d'eux m'a dit qu'il était très enthousiaste à propos, dans son cas, de l'apprentissage automatique quantique. Puis, lorsqu'il a commencé à faire les calculs, il s'est dit : "Oh, cela va être si horriblement cher que je vais m'en tenir à mes ordinateurs classiques dans un avenir prévisible." Où pensez-vous que cela puisse être rentable dans l'environnement de production ?

Paul: Cela est vraiment lié, à mon avis, à la question de l'avantage quantique. L'avantage quantique, comme vos auditeurs le savent certainement, consiste à faire quelque chose avec un ordinateur quantique qui offre une vitesse exponentielle, si c'est important, ou qui résout des problèmes qui sont classiquement insolubles. Mais je pense qu'il est important de faire la distinction entre l'avantage quantique dans ce sens et peut-être ce que nous devrions appeler le bénéfice quantique, c'est-à-dire lorsque la QPU est un accélérateur ou un améliorateur et une partie d'un processus de flux de travail classique. Nous pouvons donc ajouter la QPU à ce processus classique existant. Si nous parvenons à doubler les performances, la vitesse ou la précision, je pense que nous obtiendrons des avantages commerciaux considérables. Il ne s'agit donc pas simplement de dire "Je veux prendre un algorithme d'apprentissage automatique et je veux l'exécuter en utilisant QML sur l'ordinateur quantique et je compare le coût et le rendement de A par rapport à B", mais plutôt une vue plus nuancée, c'est-à-dire qu'il y a certaines parties de l'algorithme, certaines parties du flux de travail qu'il est judicieux de confier à la QPU.

Il ne s'agit pas d'attendre le jour où l'ordinateur quantique fera quelque chose que nous ne pouvons littéralement pas faire aujourd'hui avec le classique, mais plutôt de savoir si le QPU peut apporter un avantage supplémentaire et donc d'examiner le rapport coût-efficacité sous cet angle. Je pense donc que la transition vers l'informatique quantique commercialement utile n'est pas une mince affaire et qu'elle ne se produira pas en même temps dans tous les cas d'utilisation. Et je pense que nous voyons déjà quelques premiers exemples de valeur apportée de cette manière. Je pense que l'apprentissage automatique quantique sera l'un des domaines où nous verrons un impact et des résultats à court terme. Par coïncidence, j'ai récemment acheté le livre de Santanu Ganguly, et j'étais donc très enthousiaste à l'idée d'entendre l'interview que vous avez réalisée avec lui tout récemment. C'est donc un domaine qui m'intéresse personnellement.

Yuval: Je suis plutôt d'accord avec vous pour dire que la question est celle de la rentabilité et pas seulement celle du "oh, je ne pourrais pas le faire ailleurs". Dans une certaine mesure, c'est comme passer d'un CPU à un GPU, vous pourriez exécuter le même code sur une instance AWS qui n'est qu'un CPU ou qui a un GPU. Et si je l'exécute sur le GPU, j'obtiendrai peut-être un temps de réponse plus rapide qui profitera à mon client ou qui lui permettra d'économiser de l'argent. Donc, étant donné que nous parlons d'applications existantes, dont une partie seulement est exécutée sur un QPU, si vous étiez un parieur, s'agit-il seulement de QML ou voyez-vous d'autres applications qui, selon vous, sont très proches de ce seuil de rentabilité ?

Paul: C'est une excellente question. Et en fait, vous m'avez fait réaliser qu'il y a un angle supplémentaire à une question précédente que vous avez posée, à savoir où le QPU sera hébergé dans ce scénario de cloud public. Et je pense que l'un des autres facteurs, et l'exemple que vous avez donné du GPU qui fait partie du processus d'apprentissage automatique, est vraiment important, c'est-à-dire qu'en fin de compte, en production, nous devrons gérer les effets de la latence. C'est la raison pour laquelle il est impératif que le QPI soit physiquement co-localisé avec l'environnement CPU classique. Je pense donc qu'il s'agit là d'une considération à laquelle nous devons être attentifs. 

Pour revenir à votre question, en plus de QML, nous constatons un grand intérêt pour des conversations très intéressantes dans le domaine de la chimie quantique. En termes de molécules, de simulation, de produits pharmaceutiques, je pense que nous verrons des travaux préliminaires avec des clients que nous annoncerons l'année prochaine. Pour nous, c'est vraiment une question de capacité à mettre en œuvre 100 qubits et nous pouvons commencer à cartographier des problèmes assez complexes sur le QPU. Par ailleurs, dans le secteur des services financiers, nous constatons un grand intérêt pour la tarification des produits dérivés et l'optimisation des portefeuilles, et je pense que des résultats intéressants seront obtenus dans ce secteur à court terme.

Yuval: Vous faites donc beaucoup de progrès sur le matériel, la première version sera disponible plus tard cette année, les versions suivantes à l'avenir. D'autres entreprises font également la course vers des ordinateurs quantiques plus rapides ou plus grands. Outre le matériel, qu'est-ce qui, selon vous, fait obstacle à la généralisation de l'informatique quantique ?

Paul: Je pense que cela pourrait faire l'objet d'une discussion à part entière. Et il y a vraiment des points très importants. Je soulignerais peut-être trois choses. Je pense d'abord aux plateformes de programmation, et je sais que c'est l'espace dans lequel Classiq opère, les développeurs traditionnels, les développeurs de logiciels n'écrivent pas et n'ont pas de portes. Ils ne codent pas au niveau détaillé des portes. Il devra en être de même pour les développeurs de logiciels qui écrivent des algorithmes pour les systèmes quantiques. Il y a donc cette couche d'abstraction qui va devoir émerger et arriver à maturité. De même, j'ai débuté dans l'informatique quantique en apprenant à programmer moi-même Qiskit. Vous pouvez écrire un circuit pour cinq qubits, peut-être 10 qubits, et si vous êtes beaucoup plus intelligent que moi, vous pouvez peut-être aller jusqu'à 50 qubits, mais il n'y a aucun moyen de coder à la main des circuits au niveau des portes pour des centaines, et encore moins pour des milliers ou même des millions de qubits.

Ainsi, toute cette plateforme de programmation au niveau du système d'exploitation devra émerger et mûrir pour que ces ordinateurs et systèmes quantiques puissent sortir du stade expérimental où ils sont utilisés aujourd'hui pour être réellement utilisés à l'échelle de la production dans un large éventail d'industries. Je pense que c'est le premier point. 

Je pense que le deuxième point est lié à un mot que vous avez utilisé dans la question, à savoir la production. Je pense que pour être vraiment efficaces dans le cadre d'un processus de flux de travail en production, ces plates-formes matérielles et ces systèmes doivent atteindre la classe commerciale, la disponibilité et la performance. Si je fais fonctionner, encore une fois, le système de tarification des produits dérivés, disons, pour une société d'investissement ou si je fais fonctionner un processus d'optimisation pour une société de logistique, et qu'une partie de ce flux de travail est transférée à la QPU, alors ce système doit être disponible 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Il doit répondre à un ensemble de mesures de niveau de service. Il doit être performant et réactif. Je pense donc qu'il y a un processus de maturation qui doit se produire dans l'écosystème quantique pour soutenir cela. 

Je pense que le troisième, et peut-être le plus important à long terme, est le thème du développement et de la formation de la main-d'œuvre quantique. Nous recrutons aussi rapidement que possible des physiciens AMO et des physiciens quantiques. Bien qu'il y ait un pipeline de candidats au doctorat, nous bénéficions certainement d'une relation très étroite avec Boulder et Madison en ce qui concerne les départements de physique de ces villes. Il est nécessaire d'élargir cette filière, mais il s'agit en fait d'éduquer, jusqu'au niveau de l'école secondaire, à la technologie quantique, à son importance et à ses applications, tant du point de vue scientifique que du point de vue commercial. Ainsi, les décideurs des entreprises peuvent comprendre ce qu'est la technologie quantique, pourquoi elle est importante, comment elle peut être appliquée, comment ils peuvent en tirer profit. Je pense donc que l'éducation joue un rôle très important dans la question de savoir ce qui empêche le quantique d'être déployé à plus grande échelle.

Yuval: Parfait. Et Paul, je sais que nous manquons de temps. Comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?

Paul: Notre site web, coldquanta.com, est le meilleur moyen de nous contacter et de nous suivre sur Twitter. Connectez-vous avec nous sur LinkedIn. Nous avons également une chaîne Clubhouse, Quantum Revolution, que j'encourage les gens à consulter. Et pour me contacter personnellement, vous pouvez le faire sur LinkedIn, sous le nom de Paul Lipman, et n'hésitez pas à me contacter par courriel, à l'adresse paul.lipman@coldquanta.com.

Yuval: C'est parfait. Merci beaucoup de vous être joints à moi aujourd'hui.

Paul: C'est un plaisir de discuter avec toi, Yuval.

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