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Podcast avec Steve Brierley - Riverlane
Mon invité aujourd'hui est Steve Brierley, PDG et fondateur de Riverlane. Steve et moi parlons de la correction quantique des erreurs - pourquoi c'est difficile, dans combien de temps nous pouvons l'attendre, et bien plus encore.
LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS
Yuval: Bonjour, Steve, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Steve: Bonjour, ravi de vous rencontrer.
Yuval: Qui êtes-vous et que faites-vous ?
Steve: Bonjour, je m'appelle Steve Brierley. Je suis le PDG et fondateur de Riverlane, une entreprise qui développe un système d'exploitation pour l'informatique quantique.
Yuval: Qu'est-ce que cela signifie de créer un système d'exploitation pour l'informatique quantique ?
Steve: Excellente question. Je pense que lorsqu'on parle de système d'exploitation, la plupart des gens pensent à un ordinateur portable ou à un PC, et il s'agit en fait de gérer la complexité pour l'utilisateur. Sur votre ordinateur, vous glissez-déposez un fichier, c'est très simple, mais il se passe tout un tas de choses complexes en dessous. Il en va de même pour l'informatique quantique. La construction d'un ordinateur quantique utile est très complexe. Il y a beaucoup de choses à faire. Et l'élément le plus complexe de l'informatique quantique est la correction quantique des erreurs. Ainsi, lorsque je dis que nous construisons le système d'exploitation, ce que je veux dire, c'est que nous résolvons la correction d'erreurs sur les ordinateurs quantiques. C'est très complexe, et aucun utilisateur ne le verra jamais. Nous gérons cette complexité pour l'utilisateur.
Yuval: Vos clients sont donc ceux qui construisent des ordinateurs ?
Steve: Nous nous associons donc à des entreprises qui construisent des ordinateurs, car nous avons bien sûr besoin de qubits pour que tout cela fonctionne. Nous les aidons à prendre les composants de base, les qubits individuels, et à les transformer en ordinateurs grâce à la correction des erreurs.
Yuval: Si vous lisez la presse populaire, elle dit que nous vivons à l'ère du NISQ. On pourrait donc croire qu'il n'y a plus de correction d'erreurs de nos jours. Comment cela fonctionne-t-il ? Y a-t-il une correction d'erreurs ? S'agit-il d'une correction d'erreur partielle ? Où va-t-on ?
Steve: Le grand défi consiste donc à mettre en œuvre la correction d'erreurs. À l'heure actuelle, la plupart des systèmes ne comportent pas beaucoup de correction d'erreurs, voire pas du tout. Ils sont donc limités dans la quantité de calculs qu'ils peuvent effectuer avant que le bruit ne prenne le dessus sur le système. Si vous pensez à certains des meilleurs ordinateurs quantiques au monde, par exemple celui de Google ou celui qui est en cours de développement en Chine à Hefei, ils peuvent effectuer environ 100, peut-être même jusqu'à 400 opérations avant les erreurs ou les défaillances. C'est incroyable. Cette capacité à contrôler des qubits individuels est étonnante et constitue une avancée considérable, mais le nombre d'opérations dont nous avons besoin pour effectuer des calculs utiles est bien plus important. Il est de l'ordre de milliards d'opérations. Le fossé entre les ordinateurs actuels, les centaines d'opérations que nous pouvons effectuer et les milliards d'opérations dont nous avons besoin est donc comblé par la correction d'erreurs. Et c'est ce sur quoi nous travaillons.
Yuval: Votre code tourne-t-il quelque part sur l'ordinateur d'un client ou est-il principalement en cours de développement pour le moment ?
Steve: Nous faisons beaucoup de développement et nous avons le privilège de travailler avec un grand nombre d'entreprises quantiques et de laboratoires de recherche pour tester des parties de notre système. Nous n'en sommes pas encore au stade où nous disposons d'un système à grande échelle, mais nous pouvons en tester des parties, donc des composants. Je pense que c'est très important parce qu'en fin de compte, un ordinateur quantique à grande échelle est un système extrêmement complexe qui comporte littéralement des milliards de composants et d'opérations. Et au bout du compte, on obtient des résultats, des chiffres. Et si cela n'a pas fonctionné, il est très difficile de comprendre ce qui n'a pas fonctionné.
Ce problème est particulièrement aigu dans l'informatique quantique. C'est le problème de tout système à grande échelle, mais dans l'informatique quantique, il est impossible d'arrêter le calcul et de dire "Oh, attendez une minute. Que s'est-il passé ?" Il faut donc trouver des moyens de construire un système à l'échelle, composant par composant. C'est pourquoi nous nous qualifions de société d'ingénierie quantique, car nous appliquons ces techniques d'ingénierie des systèmes à l'informatique quantique. Nous testons donc des composants en ce moment même, car c'est ainsi que l'on construit un système à grande échelle.
Yuval: Et la correction d'erreur se fait-elle en prenant des qubits qui auraient pu être bruyants et en les mettant au service de la correction d'erreur ou se fait-elle d'une autre manière ?
Steve: Oui, c'est exact. Merci pour cette question. La correction d'erreur quantique présente donc les mêmes propriétés que la correction d'erreur classique, c'est-à-dire que nous répartissons l'information sur de nombreux bits quantiques afin de nous protéger contre le bruit dans l'un d'entre eux. Il s'agit donc d'une correction d'erreur classique. Le code correcteur d'erreurs le plus simple est le suivant : au lieu d'envoyer un zéro ou un un, vous envoyez 0, 0, 0 ou 1, 1, 1. Si l'un des bits bascule, par exemple, vous recevez 0, 0, 1, vous pouvez deviner que vous vouliez envoyer 0, 0, 0. Il s'agit donc d'un code simple. On l'appelle le code de répétition. Les codes quantiques empruntent beaucoup à la théorie classique du codage, mais ils présentent des variantes très intéressantes. Je pense que la plus importante est que la correction quantique des erreurs a lieu pendant le calcul.
Pour préciser un peu les choses, car je pense que c'est un point important, entre chaque opération sur l'ordinateur quantique, nous allons exécuter ce cycle de correction d'erreur. Nous allons donc lire des informations sur les qubits qui nous renseignent sur l'endroit où les erreurs se sont produites. Nous allons résoudre un problème de décodage. C'est un peu comme un puzzle de Sudoku ou quelque chose comme ça. Nous allons donc résoudre ce problème de décodage et réagir en conséquence. Nous allons donc modifier ce qui se passera à l'avenir dans le domaine du calcul, des étapes de calcul, à la suite de ce problème de décodage. Ce cycle de correction d'erreur, lecture, décodage, correction, c'est la fréquence d'horloge d'un ordinateur quantique.
C'est donc l'horloge interne de l'ordinateur quantique, parce qu'il faut le faire entre chaque opération quantique, entre chaque fois que vous ajoutez deux bits ensemble ou que chaque opération de base qui se produit dans l'ordinateur quantique fait le tour de ce cycle. Il en résulte que ce problème de décodage doit être résolu très rapidement et que vous allez devoir résoudre un très grand nombre de problèmes de décodage. En fin de compte, 10 à 12, 10 à 15 problèmes de décodage pour chaque calcul effectué. Il s'agit donc d'une énorme quantité de données à traiter et c'est le grand défi d'ingénierie technique que nous relevons à Riverlane.
Yuval: La correction d'erreur est-elle la même quelle que soit la modalité des qubits ? Les qubits supraconducteurs, les ions piégés, etc. utilisent-ils tous le même code de correction d'erreur ?
Steve: Je pense que la réponse est oui et non. Nous devons donc absolument adapter la manière dont la correction d'erreur est mise en œuvre en fonction du type de qubit sous-jacent. Et j'irais même plus loin que la supraconductivité. Par exemple, il existe différentes façons de construire des systèmes supraconducteurs ou différents types de qubits supraconducteurs et même différentes architectures, c'est-à-dire des qubits connectés ensemble dans différentes géométries. Il faut donc en tenir compte dans le code de correction des erreurs, qui est donc très spécialisé dans l'architecture sous-jacente. Cependant, une grande partie de la machinerie et des problèmes sont les mêmes pour les différents types de qubits. Par exemple, pour le problème du décodage, la plupart des décodeurs résolvent essentiellement un problème de type graphique particulier, un problème d'appariement. C'est donc le cœur des points communs entre les différents types de qubits.
Yuval: Les caractéristiques du qubit en termes d'erreurs changent-elles au cours de la journée ou à chaque seconde, ou est-ce quelque chose que l'on mesure une fois par mois et qui reste ensuite pratiquement inchangé ?
Steve: Oui, excellente question également. Oui, ils changent avec le temps. Il y a donc une dérive dans le système et nous devons également en tenir compte. Je pense qu'avec le temps, cela se stabilise et qu'il y a plusieurs processus en cours d'exécution à différentes couches de la pile, mais les changements de température ou les divers effets physiques provoquent des dérives dans le système. Encore une fois, cela dépendra de l'architecture physique particulière utilisée.
Yuval: Avant que la correction d'erreur ne soit mise en œuvre, fournissez-vous des données qui pourraient être utilisées, par exemple, pour mesurer la fidélité des qubits et peut-être pour qu'une application puisse dire : "Oh, le qubit 2 est beaucoup plus bruyant que le qubit 12 et je devrais donc attribuer les opérations les plus complexes au qubit 12 plutôt qu'au qubit 2", ou quelque chose de ce genre ?
Steve: Non. Pouvoir mesurer et caractériser les systèmes est certainement quelque chose de très important. Si vous voulez faire une démo d'un problème jouet, essayer de tirer le meilleur parti des qubits en essayant de tirer parti de ce qui se passe est une excellente chose à faire. Notre objectif est vraiment de passer à l'informatique quantique à grande échelle le plus rapidement possible. C'est pourquoi notre effort d'ingénierie porte sur l'architecture et la construction des solutions dont nous avons besoin pour mettre en œuvre la correction d'erreurs à grande échelle. Ce problème de décodage n'a jamais été résolu à grande vitesse auparavant. Il s'agit d'un problème tout à fait classique. C'est un algorithme classique qui fonctionne, mais personne n'a été capable de le résoudre assez rapidement. L'industrie a donc compris depuis longtemps qu'il s'agissait d'un problème. Et c'est vraiment fantastique d'être en mesure de le résoudre.
Yuval: Pardonnez mon ignorance, mais que vendez-vous ? Vendez-vous des conceptions matérielles ? Vendez-vous des algorithmes logiciels ? Vendez-vous des services de conseil ? Que proposez-vous à vos clients ?
Steve: Nous nous associons donc à des entreprises de matériel informatique pour leur permettre de résoudre les problèmes de correction d'erreur. Il s'agit donc essentiellement d'un système qui se trouve au-dessus des qubits ou qui est très proche des qubits, mais qui se connecte au système de contrôle et exécute la correction d'erreur par-dessus.
Yuval: Vous êtes donc aux premières loges pour assister au développement de nombreux ordinateurs quantiques. À votre avis, à quel point sommes-nous proches d'un ordinateur à correction d'erreurs ?
Steve: Nous avons une position très privilégiée car nous travaillons avec de nombreux types de qubits différents, avec des groupes différents allant des grands laboratoires universitaires aux entreprises commerciales. Je pense que le calendrier est vraiment une question d'ingénierie plutôt qu'une chose abstraite que nous attendons simplement. Les éléments clés qui doivent se produire sont donc la construction de l'électronique de contrôle classique et la capacité de décodage suffisamment grande et rapide pour suivre les qubits, la résolution de certains problèmes liés aux sciences des matériaux dans... Certains types de qubits posent différents types de problèmes de physique et d'ingénierie. De mon point de vue, il s'agit donc moins d'une question de temps que d'une liste de choses à faire. Et je pense que ce qui se passe actuellement, c'est que cela s'accélère très rapidement en raison de l'augmentation des investissements. Je suis donc extrêmement optimiste et pense que nous pourrons disposer de systèmes de correction d'erreurs précoces dans les quatre ou cinq prochaines années.
Yuval: Êtes-vous inquiet à l'idée qu'il y ait un hiver quantique, que les attentes dépassent tellement la réalité, que de nombreuses entreprises soient désillusionnées par les ordinateurs quantiques et remettent le projet à plus tard pendant plusieurs années ?
Steve: Je pense qu'il y a une certaine activité dans ce domaine qui va peut-être disparaître, mais ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose. Construire un ordinateur quantique est un problème très difficile. Il ne s'agit pas d'un petit système que nous construisons, mais de quelque chose comme le centre de contrôle de la NASA, à cette échelle. Les entreprises qui s'attaquent à ce défi central sont donc prêtes à le financer. La raison en est que la valeur de ce qui en résulte est énorme. Les ordinateurs quantiques ne sont pas seulement un peu plus rapides que votre processeur, ils résolvent des problèmes qui ne seront jamais résolus autrement. Il s'agit donc d'un avantage informatique exponentiel.
Cela semble un peu mathématique, mais ce que je veux dire, c'est qu'il existe des problèmes importants, tels que la simulation de la physique quantique, que les ordinateurs classiques ne seront jamais en mesure de résoudre. Pour la première fois, les ordinateurs quantiques nous permettront de simuler des systèmes moléculaires, des protéines, des matériaux de catalyse, ce qui transformera complètement toute une série d'industries. Toutes ces industries qui ont été laissées pour compte par la première révolution numérique, c'est la révolution quantique qui fait passer ces industries de la phase de découverte dans laquelle elles se trouvent à une phase de conception, où elles peuvent réellement concevoir des produits à l'aide de simulations, comme c'est le cas dans l'industrie aérospatiale. Je pense donc que la raison pour laquelle la technologie quantique sera financée est son énorme potentiel. L'hiver quantique ne m'inquiète pas tant que cela. Je pense qu'il y a certainement beaucoup d'excitation en ce moment. C'est en fait très utile. C'est peut-être un peu hype, mais cela attire de bonnes personnes qui viennent travailler sur des problèmes difficiles, et cela débouchera sur quelque chose de très concret.
Yuval: Si vous étiez un maître de l'univers quantique et que vous pouviez contrôler ce que font les autres entreprises, y a-t-il quelque chose que vous aimeriez qu'elles fassent, à part travailler plus vite ?
Steve: Je pense qu'il faut se concentrer sur les principaux défis. Nous nous concentrons sur l'obtention de systèmes à correction d'erreurs parce que c'est la correction d'erreurs quantiques qui rend les ordinateurs quantiques utiles, donc toutes les choses qui doivent être faites pour y parvenir, c'est sur cet espace qu'il faut travailler. C'est très important. Ainsi, plus nous pouvons comprendre, par exemple, le bruit dans les systèmes quantiques ou comment contrôler les qubits, comment les mettre à l'échelle, des choses comme l'informatique quantique en réseau en tant que voie vers la mise à l'échelle. Je ne pense pas avoir besoin d'être un maître en la matière, car c'est déjà le cas. Je pense que si vous regardez chaque type de qubit à l'heure actuelle, chaque type de qubit a un grand défi scientifique à relever. Il y a quelque chose de très important à résoudre pour qu'il devienne le transistor de l'informatique quantique. Qu'il s'agisse d'un système supraconducteur ou d'un piège à ions, il y a toujours quelque chose dans chacun de ces systèmes qui représente un défi de taille. Et je pense que ce qui est formidable, c'est que pour tous ces défis, il y a des entreprises qui ont des idées brillantes sur la façon de les résoudre, et cela se produit à travers les différentes approches de la physique.
Yuval: Alors que nous approchons de la fin de notre conversation, je pense que vous travaillez sur ce projet depuis 15 ans. J'en déduis donc que vous l'aimez, mais pourquoi cela prend-il autant de temps ? S'agit-il d'un problème terriblement difficile ? Est-ce parce que le financement n'a pas été disponible suffisamment tôt ? Il n'y a pas beaucoup de problèmes qui prennent 15 ans à résoudre.
Steve: Je travaille sur l'informatique quantique depuis 15 ans. J'ai commencé à travailler sur les algorithmes quantiques. Il s'agit donc de savoir ce que l'on ferait d'un ordinateur quantique une fois qu'il serait construit. C'est très théorique. J'ai travaillé dans le milieu universitaire à l'université de Bristol, puis ici à Cambridge, et j'ai fondé Riverlane à la suite d'une conférence. Je faisais un exposé sur un algorithme récent qui avait été développé et, lors de cette conférence, il y a eu un sondage pour savoir qui pensait qu'il y aurait un ordinateur quantique dans les 5, 10, 15 prochaines années, et ainsi de suite, et environ un tiers de l'auditoire, donc tout le bien et le mal des algorithmes quantiques et pas mal de physiciens, un tiers de l'auditoire a voté qu'il n'y aurait jamais d'ordinateur quantique utile.
J'étais vraiment choqué. Et, je suppose, en partie le pessimisme, c'est un espace académique, les gens sont assez pessimistes, mais peut-être que je travaillais sur le développement d'algorithmes pour un ordinateur qui ne serait jamais construit. Je suis donc retourné sur mes pas et j'ai commencé à parler aux expérimentateurs, aux personnes qui construisaient des qubits, il y a environ cinq ans. À ce moment-là, ils disposaient de 10 ou 15 ans de données sur la qualité de la construction d'un qubit et de la photonique.
À l'époque, Jeremy O'Brien était à Bristol, et il a donc interrogé son groupe. PsiQuantum discutait donc avec les spécialistes des pièges à ions d'Oxford et les spécialistes de la supraconductivité. Ce que j'ai constaté, c'est que nous nous rapprochions de la résolution de la physique sous-jacente du contrôle des ordinateurs quantiques individuels. Ce qu'il fallait donc, c'était rendre tout cela utile. Ce qui manquait vraiment, c'était l'approche technique de la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques. Il existe de nombreux laboratoires de physique de renom dans le monde entier qui parviennent à maîtriser et à contrôler les qubits individuels, et le moment est venu de faire appel à des personnes d'autres domaines pour relever le défi de l'ingénierie. C'était il y a cinq ans à Riverlane et nous sommes maintenant en train d'avancer à grands pas pour résoudre ce problème.
Yuval: Alors, Steve, croisons les doigts pour votre succès rapide. Et comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?
Steve: Envoyez-moi un courriel à l'adresse steve.brierley@riverlane.com. Nous avons également un site web qui constitue un excellent point de départ, par exemple, nous avons une lettre d'information, c'est riverlane.com. Vous pouvez aussi me contacter sur LinkedIn. Je serai ravi de répondre à vos questions.
Yuval: Excellent. Merci beaucoup de vous être joints à moi aujourd'hui.
Steve: Très bien. Je vous remercie. J'ai apprécié cette discussion.
Mon invité aujourd'hui est Steve Brierley, PDG et fondateur de Riverlane. Steve et moi parlons de la correction quantique des erreurs - pourquoi c'est difficile, dans combien de temps nous pouvons l'attendre, et bien plus encore.
LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS
Yuval: Bonjour, Steve, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Steve: Bonjour, ravi de vous rencontrer.
Yuval: Qui êtes-vous et que faites-vous ?
Steve: Bonjour, je m'appelle Steve Brierley. Je suis le PDG et fondateur de Riverlane, une entreprise qui développe un système d'exploitation pour l'informatique quantique.
Yuval: Qu'est-ce que cela signifie de créer un système d'exploitation pour l'informatique quantique ?
Steve: Excellente question. Je pense que lorsqu'on parle de système d'exploitation, la plupart des gens pensent à un ordinateur portable ou à un PC, et il s'agit en fait de gérer la complexité pour l'utilisateur. Sur votre ordinateur, vous glissez-déposez un fichier, c'est très simple, mais il se passe tout un tas de choses complexes en dessous. Il en va de même pour l'informatique quantique. La construction d'un ordinateur quantique utile est très complexe. Il y a beaucoup de choses à faire. Et l'élément le plus complexe de l'informatique quantique est la correction quantique des erreurs. Ainsi, lorsque je dis que nous construisons le système d'exploitation, ce que je veux dire, c'est que nous résolvons la correction d'erreurs sur les ordinateurs quantiques. C'est très complexe, et aucun utilisateur ne le verra jamais. Nous gérons cette complexité pour l'utilisateur.
Yuval: Vos clients sont donc ceux qui construisent des ordinateurs ?
Steve: Nous nous associons donc à des entreprises qui construisent des ordinateurs, car nous avons bien sûr besoin de qubits pour que tout cela fonctionne. Nous les aidons à prendre les composants de base, les qubits individuels, et à les transformer en ordinateurs grâce à la correction des erreurs.
Yuval: Si vous lisez la presse populaire, elle dit que nous vivons à l'ère du NISQ. On pourrait donc croire qu'il n'y a plus de correction d'erreurs de nos jours. Comment cela fonctionne-t-il ? Y a-t-il une correction d'erreurs ? S'agit-il d'une correction d'erreur partielle ? Où va-t-on ?
Steve: Le grand défi consiste donc à mettre en œuvre la correction d'erreurs. À l'heure actuelle, la plupart des systèmes ne comportent pas beaucoup de correction d'erreurs, voire pas du tout. Ils sont donc limités dans la quantité de calculs qu'ils peuvent effectuer avant que le bruit ne prenne le dessus sur le système. Si vous pensez à certains des meilleurs ordinateurs quantiques au monde, par exemple celui de Google ou celui qui est en cours de développement en Chine à Hefei, ils peuvent effectuer environ 100, peut-être même jusqu'à 400 opérations avant les erreurs ou les défaillances. C'est incroyable. Cette capacité à contrôler des qubits individuels est étonnante et constitue une avancée considérable, mais le nombre d'opérations dont nous avons besoin pour effectuer des calculs utiles est bien plus important. Il est de l'ordre de milliards d'opérations. Le fossé entre les ordinateurs actuels, les centaines d'opérations que nous pouvons effectuer et les milliards d'opérations dont nous avons besoin est donc comblé par la correction d'erreurs. Et c'est ce sur quoi nous travaillons.
Yuval: Votre code tourne-t-il quelque part sur l'ordinateur d'un client ou est-il principalement en cours de développement pour le moment ?
Steve: Nous faisons beaucoup de développement et nous avons le privilège de travailler avec un grand nombre d'entreprises quantiques et de laboratoires de recherche pour tester des parties de notre système. Nous n'en sommes pas encore au stade où nous disposons d'un système à grande échelle, mais nous pouvons en tester des parties, donc des composants. Je pense que c'est très important parce qu'en fin de compte, un ordinateur quantique à grande échelle est un système extrêmement complexe qui comporte littéralement des milliards de composants et d'opérations. Et au bout du compte, on obtient des résultats, des chiffres. Et si cela n'a pas fonctionné, il est très difficile de comprendre ce qui n'a pas fonctionné.
Ce problème est particulièrement aigu dans l'informatique quantique. C'est le problème de tout système à grande échelle, mais dans l'informatique quantique, il est impossible d'arrêter le calcul et de dire "Oh, attendez une minute. Que s'est-il passé ?" Il faut donc trouver des moyens de construire un système à l'échelle, composant par composant. C'est pourquoi nous nous qualifions de société d'ingénierie quantique, car nous appliquons ces techniques d'ingénierie des systèmes à l'informatique quantique. Nous testons donc des composants en ce moment même, car c'est ainsi que l'on construit un système à grande échelle.
Yuval: Et la correction d'erreur se fait-elle en prenant des qubits qui auraient pu être bruyants et en les mettant au service de la correction d'erreur ou se fait-elle d'une autre manière ?
Steve: Oui, c'est exact. Merci pour cette question. La correction d'erreur quantique présente donc les mêmes propriétés que la correction d'erreur classique, c'est-à-dire que nous répartissons l'information sur de nombreux bits quantiques afin de nous protéger contre le bruit dans l'un d'entre eux. Il s'agit donc d'une correction d'erreur classique. Le code correcteur d'erreurs le plus simple est le suivant : au lieu d'envoyer un zéro ou un un, vous envoyez 0, 0, 0 ou 1, 1, 1. Si l'un des bits bascule, par exemple, vous recevez 0, 0, 1, vous pouvez deviner que vous vouliez envoyer 0, 0, 0. Il s'agit donc d'un code simple. On l'appelle le code de répétition. Les codes quantiques empruntent beaucoup à la théorie classique du codage, mais ils présentent des variantes très intéressantes. Je pense que la plus importante est que la correction quantique des erreurs a lieu pendant le calcul.
Pour préciser un peu les choses, car je pense que c'est un point important, entre chaque opération sur l'ordinateur quantique, nous allons exécuter ce cycle de correction d'erreur. Nous allons donc lire des informations sur les qubits qui nous renseignent sur l'endroit où les erreurs se sont produites. Nous allons résoudre un problème de décodage. C'est un peu comme un puzzle de Sudoku ou quelque chose comme ça. Nous allons donc résoudre ce problème de décodage et réagir en conséquence. Nous allons donc modifier ce qui se passera à l'avenir dans le domaine du calcul, des étapes de calcul, à la suite de ce problème de décodage. Ce cycle de correction d'erreur, lecture, décodage, correction, c'est la fréquence d'horloge d'un ordinateur quantique.
C'est donc l'horloge interne de l'ordinateur quantique, parce qu'il faut le faire entre chaque opération quantique, entre chaque fois que vous ajoutez deux bits ensemble ou que chaque opération de base qui se produit dans l'ordinateur quantique fait le tour de ce cycle. Il en résulte que ce problème de décodage doit être résolu très rapidement et que vous allez devoir résoudre un très grand nombre de problèmes de décodage. En fin de compte, 10 à 12, 10 à 15 problèmes de décodage pour chaque calcul effectué. Il s'agit donc d'une énorme quantité de données à traiter et c'est le grand défi d'ingénierie technique que nous relevons à Riverlane.
Yuval: La correction d'erreur est-elle la même quelle que soit la modalité des qubits ? Les qubits supraconducteurs, les ions piégés, etc. utilisent-ils tous le même code de correction d'erreur ?
Steve: Je pense que la réponse est oui et non. Nous devons donc absolument adapter la manière dont la correction d'erreur est mise en œuvre en fonction du type de qubit sous-jacent. Et j'irais même plus loin que la supraconductivité. Par exemple, il existe différentes façons de construire des systèmes supraconducteurs ou différents types de qubits supraconducteurs et même différentes architectures, c'est-à-dire des qubits connectés ensemble dans différentes géométries. Il faut donc en tenir compte dans le code de correction des erreurs, qui est donc très spécialisé dans l'architecture sous-jacente. Cependant, une grande partie de la machinerie et des problèmes sont les mêmes pour les différents types de qubits. Par exemple, pour le problème du décodage, la plupart des décodeurs résolvent essentiellement un problème de type graphique particulier, un problème d'appariement. C'est donc le cœur des points communs entre les différents types de qubits.
Yuval: Les caractéristiques du qubit en termes d'erreurs changent-elles au cours de la journée ou à chaque seconde, ou est-ce quelque chose que l'on mesure une fois par mois et qui reste ensuite pratiquement inchangé ?
Steve: Oui, excellente question également. Oui, ils changent avec le temps. Il y a donc une dérive dans le système et nous devons également en tenir compte. Je pense qu'avec le temps, cela se stabilise et qu'il y a plusieurs processus en cours d'exécution à différentes couches de la pile, mais les changements de température ou les divers effets physiques provoquent des dérives dans le système. Encore une fois, cela dépendra de l'architecture physique particulière utilisée.
Yuval: Avant que la correction d'erreur ne soit mise en œuvre, fournissez-vous des données qui pourraient être utilisées, par exemple, pour mesurer la fidélité des qubits et peut-être pour qu'une application puisse dire : "Oh, le qubit 2 est beaucoup plus bruyant que le qubit 12 et je devrais donc attribuer les opérations les plus complexes au qubit 12 plutôt qu'au qubit 2", ou quelque chose de ce genre ?
Steve: Non. Pouvoir mesurer et caractériser les systèmes est certainement quelque chose de très important. Si vous voulez faire une démo d'un problème jouet, essayer de tirer le meilleur parti des qubits en essayant de tirer parti de ce qui se passe est une excellente chose à faire. Notre objectif est vraiment de passer à l'informatique quantique à grande échelle le plus rapidement possible. C'est pourquoi notre effort d'ingénierie porte sur l'architecture et la construction des solutions dont nous avons besoin pour mettre en œuvre la correction d'erreurs à grande échelle. Ce problème de décodage n'a jamais été résolu à grande vitesse auparavant. Il s'agit d'un problème tout à fait classique. C'est un algorithme classique qui fonctionne, mais personne n'a été capable de le résoudre assez rapidement. L'industrie a donc compris depuis longtemps qu'il s'agissait d'un problème. Et c'est vraiment fantastique d'être en mesure de le résoudre.
Yuval: Pardonnez mon ignorance, mais que vendez-vous ? Vendez-vous des conceptions matérielles ? Vendez-vous des algorithmes logiciels ? Vendez-vous des services de conseil ? Que proposez-vous à vos clients ?
Steve: Nous nous associons donc à des entreprises de matériel informatique pour leur permettre de résoudre les problèmes de correction d'erreur. Il s'agit donc essentiellement d'un système qui se trouve au-dessus des qubits ou qui est très proche des qubits, mais qui se connecte au système de contrôle et exécute la correction d'erreur par-dessus.
Yuval: Vous êtes donc aux premières loges pour assister au développement de nombreux ordinateurs quantiques. À votre avis, à quel point sommes-nous proches d'un ordinateur à correction d'erreurs ?
Steve: Nous avons une position très privilégiée car nous travaillons avec de nombreux types de qubits différents, avec des groupes différents allant des grands laboratoires universitaires aux entreprises commerciales. Je pense que le calendrier est vraiment une question d'ingénierie plutôt qu'une chose abstraite que nous attendons simplement. Les éléments clés qui doivent se produire sont donc la construction de l'électronique de contrôle classique et la capacité de décodage suffisamment grande et rapide pour suivre les qubits, la résolution de certains problèmes liés aux sciences des matériaux dans... Certains types de qubits posent différents types de problèmes de physique et d'ingénierie. De mon point de vue, il s'agit donc moins d'une question de temps que d'une liste de choses à faire. Et je pense que ce qui se passe actuellement, c'est que cela s'accélère très rapidement en raison de l'augmentation des investissements. Je suis donc extrêmement optimiste et pense que nous pourrons disposer de systèmes de correction d'erreurs précoces dans les quatre ou cinq prochaines années.
Yuval: Êtes-vous inquiet à l'idée qu'il y ait un hiver quantique, que les attentes dépassent tellement la réalité, que de nombreuses entreprises soient désillusionnées par les ordinateurs quantiques et remettent le projet à plus tard pendant plusieurs années ?
Steve: Je pense qu'il y a une certaine activité dans ce domaine qui va peut-être disparaître, mais ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose. Construire un ordinateur quantique est un problème très difficile. Il ne s'agit pas d'un petit système que nous construisons, mais de quelque chose comme le centre de contrôle de la NASA, à cette échelle. Les entreprises qui s'attaquent à ce défi central sont donc prêtes à le financer. La raison en est que la valeur de ce qui en résulte est énorme. Les ordinateurs quantiques ne sont pas seulement un peu plus rapides que votre processeur, ils résolvent des problèmes qui ne seront jamais résolus autrement. Il s'agit donc d'un avantage informatique exponentiel.
Cela semble un peu mathématique, mais ce que je veux dire, c'est qu'il existe des problèmes importants, tels que la simulation de la physique quantique, que les ordinateurs classiques ne seront jamais en mesure de résoudre. Pour la première fois, les ordinateurs quantiques nous permettront de simuler des systèmes moléculaires, des protéines, des matériaux de catalyse, ce qui transformera complètement toute une série d'industries. Toutes ces industries qui ont été laissées pour compte par la première révolution numérique, c'est la révolution quantique qui fait passer ces industries de la phase de découverte dans laquelle elles se trouvent à une phase de conception, où elles peuvent réellement concevoir des produits à l'aide de simulations, comme c'est le cas dans l'industrie aérospatiale. Je pense donc que la raison pour laquelle la technologie quantique sera financée est son énorme potentiel. L'hiver quantique ne m'inquiète pas tant que cela. Je pense qu'il y a certainement beaucoup d'excitation en ce moment. C'est en fait très utile. C'est peut-être un peu hype, mais cela attire de bonnes personnes qui viennent travailler sur des problèmes difficiles, et cela débouchera sur quelque chose de très concret.
Yuval: Si vous étiez un maître de l'univers quantique et que vous pouviez contrôler ce que font les autres entreprises, y a-t-il quelque chose que vous aimeriez qu'elles fassent, à part travailler plus vite ?
Steve: Je pense qu'il faut se concentrer sur les principaux défis. Nous nous concentrons sur l'obtention de systèmes à correction d'erreurs parce que c'est la correction d'erreurs quantiques qui rend les ordinateurs quantiques utiles, donc toutes les choses qui doivent être faites pour y parvenir, c'est sur cet espace qu'il faut travailler. C'est très important. Ainsi, plus nous pouvons comprendre, par exemple, le bruit dans les systèmes quantiques ou comment contrôler les qubits, comment les mettre à l'échelle, des choses comme l'informatique quantique en réseau en tant que voie vers la mise à l'échelle. Je ne pense pas avoir besoin d'être un maître en la matière, car c'est déjà le cas. Je pense que si vous regardez chaque type de qubit à l'heure actuelle, chaque type de qubit a un grand défi scientifique à relever. Il y a quelque chose de très important à résoudre pour qu'il devienne le transistor de l'informatique quantique. Qu'il s'agisse d'un système supraconducteur ou d'un piège à ions, il y a toujours quelque chose dans chacun de ces systèmes qui représente un défi de taille. Et je pense que ce qui est formidable, c'est que pour tous ces défis, il y a des entreprises qui ont des idées brillantes sur la façon de les résoudre, et cela se produit à travers les différentes approches de la physique.
Yuval: Alors que nous approchons de la fin de notre conversation, je pense que vous travaillez sur ce projet depuis 15 ans. J'en déduis donc que vous l'aimez, mais pourquoi cela prend-il autant de temps ? S'agit-il d'un problème terriblement difficile ? Est-ce parce que le financement n'a pas été disponible suffisamment tôt ? Il n'y a pas beaucoup de problèmes qui prennent 15 ans à résoudre.
Steve: Je travaille sur l'informatique quantique depuis 15 ans. J'ai commencé à travailler sur les algorithmes quantiques. Il s'agit donc de savoir ce que l'on ferait d'un ordinateur quantique une fois qu'il serait construit. C'est très théorique. J'ai travaillé dans le milieu universitaire à l'université de Bristol, puis ici à Cambridge, et j'ai fondé Riverlane à la suite d'une conférence. Je faisais un exposé sur un algorithme récent qui avait été développé et, lors de cette conférence, il y a eu un sondage pour savoir qui pensait qu'il y aurait un ordinateur quantique dans les 5, 10, 15 prochaines années, et ainsi de suite, et environ un tiers de l'auditoire, donc tout le bien et le mal des algorithmes quantiques et pas mal de physiciens, un tiers de l'auditoire a voté qu'il n'y aurait jamais d'ordinateur quantique utile.
J'étais vraiment choqué. Et, je suppose, en partie le pessimisme, c'est un espace académique, les gens sont assez pessimistes, mais peut-être que je travaillais sur le développement d'algorithmes pour un ordinateur qui ne serait jamais construit. Je suis donc retourné sur mes pas et j'ai commencé à parler aux expérimentateurs, aux personnes qui construisaient des qubits, il y a environ cinq ans. À ce moment-là, ils disposaient de 10 ou 15 ans de données sur la qualité de la construction d'un qubit et de la photonique.
À l'époque, Jeremy O'Brien était à Bristol, et il a donc interrogé son groupe. PsiQuantum discutait donc avec les spécialistes des pièges à ions d'Oxford et les spécialistes de la supraconductivité. Ce que j'ai constaté, c'est que nous nous rapprochions de la résolution de la physique sous-jacente du contrôle des ordinateurs quantiques individuels. Ce qu'il fallait donc, c'était rendre tout cela utile. Ce qui manquait vraiment, c'était l'approche technique de la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques. Il existe de nombreux laboratoires de physique de renom dans le monde entier qui parviennent à maîtriser et à contrôler les qubits individuels, et le moment est venu de faire appel à des personnes d'autres domaines pour relever le défi de l'ingénierie. C'était il y a cinq ans à Riverlane et nous sommes maintenant en train d'avancer à grands pas pour résoudre ce problème.
Yuval: Alors, Steve, croisons les doigts pour votre succès rapide. Et comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?
Steve: Envoyez-moi un courriel à l'adresse steve.brierley@riverlane.com. Nous avons également un site web qui constitue un excellent point de départ, par exemple, nous avons une lettre d'information, c'est riverlane.com. Vous pouvez aussi me contacter sur LinkedIn. Je serai ravi de répondre à vos questions.
Yuval: Excellent. Merci beaucoup de vous être joints à moi aujourd'hui.
Steve: Très bien. Je vous remercie. J'ai apprécié cette discussion.
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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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