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Podcast avec Tom Wong, chercheur en information quantique et auteur

30
Mars
,
2022

Mon invité aujourd'hui est Tom Wong, physicien, spécialiste de l'information quantique et auteur du nouveau livre "Introduction to classical and quantum computing" : "Introduction à l'informatique classique et quantique". Avec Tom, nous parlons de l'enseignement de l'informatique quantique aux lycéens et aux étudiants, de ses recherches de pointe sur les algorithmes quantiques, et de bien d'autres choses encore.

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LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS

Yuval: Bonjour Tom, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Tom: Bonjour. Merci de m'accueillir.

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

Tom: Je suis professeur de physique à l'université Creighton d'Omaha, dans le Nebraska, et je travaille principalement avec des étudiants de premier cycle qui font de la recherche en informatique quantique et enseignent l'informatique quantique.

Yuval: Et vous avez un nouveau livre qui, comme je l'ai vu aujourd'hui, est numéro un sur la liste Amazon des livres sur l'informatique quantique ?

Tom: C'est le numéro un pour les nouveautés, mais il est évident qu'il ne sera pas le numéro un comparé à tous les titans séminaux de notre domaine. Mais oui, j'ai un nouveau manuel basé sur un cours d'introduction à l'informatique quantique que j'ai donné à Creighton à des étudiants de premier cycle. Ce qui est intéressant, c'est que le seul prérequis est la trigonométrie. Ainsi, une grande partie du matériel éducatif qui existe sur l'informatique quantique et les manuels sont davantage destinés aux étudiants de deuxième cycle, mais celui-ci est conçu pour les étudiants de première année, de deuxième année du premier cycle, et peut-être même pour les lycéens plus avancés.

Yuval: J'ai téléchargé un exemplaire et j'en ai lu la plus grande partie. J'espère en connaître la majeure partie, même si je n'ai pas encore passé vos examens. À quel âge pensez-vous qu'il puisse être enseigné ? L'enseigneriez-vous à des élèves de 9e année ? L'enseigneriez-vous aux élèves de 11e année ? Je veux dire, par où recommanderiez-vous aux gens de commencer à s'intéresser à la quantique ?

Tom: Il y a donc deux questions à se poser. La première est de savoir à quel niveau je pourrais enseigner le contenu de mon manuel. Et l'autre question est de savoir à quel niveau on peut enseigner la science de l'information quantique de manière plus générale. En ce qui concerne mon manuel, j'ai mentionné que le prérequis est la trigonométrie. Ainsi, une fois que les étudiants sont familiarisés avec le cercle unitaire, ils peuvent aborder tout le matériel de mon manuel, car celui-ci couvre les mathématiques plus avancées dont ils auront besoin. Il couvre donc l'algèbre linéaire et passe en revue les nombres complexes, etc. Je devrais peut-être mentionner pour les auditeurs qui ont rendu ce manuel gratuit, qu'il y a un PDF gratuit sur mon site web à thomaswong.net. Et pour ceux qui veulent une copie imprimée plus abordable, je viens de la télécharger sur Amazon. Vous pouvez donc acheter une copie imprimée bon marché. Mais encore une fois, le PDF est gratuit sur mon site web, donc tout le monde peut le télécharger.

Avec cela, il y a beaucoup de lycéens qui font de la trigonométrie et qui pourraient ensuite apprendre l'informatique quantique. Au-delà de mon manuel, je pense que les idées de base de l'information quantique peuvent être enseignées sans toutes les mathématiques, même aux enfants. Et je pense qu'il y a des pressions en ce sens. Par exemple, il existe aux États-Unis une initiative appelée Q-12 Educational Partnership (partenariat éducatif Q-12). Je crois que le site web est q12education.org. Il s'agit essentiellement de personnes qui reconnaissent la nécessité de disposer d'une future main-d'œuvre quantique. Et pour ce faire, il faut introduire les idées de la science de l'information quantique dès le plus jeune âge. De cette manière, les élèves sont conscients de l'existence de ce domaine et peuvent se dire : "Oh, quand je serai grand, je veux être un scientifique de l'information quantique", car bien souvent les élèves s'orientent vers un domaine particulier simplement parce qu'ils en ont entendu parler par leurs parents, leurs professeurs ou leurs conseillers scolaires. Et si l'informatique quantique n'est pas sur les radars des gens, ils ne sauront même pas que ces emplois existent.

Yuval: Vous enseignez cette matière depuis plusieurs années. Quel est donc le concept le plus difficile à comprendre pour vos élèves ?

Tom: Ooh, c'est une question vraiment difficile, je pense. Je ne veux pas dire qu'il n'y a pas de concept difficile à saisir, parce qu'alors j'aurais l'air de me vanter ou quelque chose comme ça. Mais je pense que cela dépend en partie du type de cours que vous donnez, parce que mon cours n'est pas un cours conceptuel. En fait, je leur enseigne les mathématiques qu'ils ne connaissent pas. Parce que nous faisons les mathématiques, je pense que les étudiants comprennent ces concepts très quantiques comme l'intrication quantique, la superposition et d'autres choses de ce genre, parce qu'ils ont vu comment cela fonctionne réellement avec les mathématiques. Je pense que ce qui rend certains de ces concepts difficiles à comprendre pour un public non initié, c'est que vous essayez d'utiliser des analogies pour les décrire au lieu de savoir ce qu'ils sont réellement. Et je pense que c'est là que des choses comme l'enchevêtrement peuvent devenir très confuses. Je pense donc qu'au moins avec les sujets que j'aborde dans ma classe, qui sont encore une fois des sujets d'introduction, je n'enseigne pas un cours de niveau supérieur. Je pense que les bases sont accessibles aux étudiants, et même les bases de l'intrication, de la superposition et de tous ces concepts quantiques ne sont pas trop mauvaises.

Je pense qu'il s'agit là d'un très bon point à retenir, à savoir que la quantique a souvent la réputation d'être mystérieuse ou que seuls les esprits les plus brillants du monde peuvent la comprendre et contribuer à ce domaine. Et je veux briser ce stéréotype, je pense vraiment que tout le monde peut comprendre et contribuer à la quantique. Dans un certain sens, nous avons eu des problèmes de marketing dans ce domaine parce que nous l'avons présenté comme quelque chose d'effrayant. Mais en fait, comme tout ce que vous apprenez, si vous prenez toutes les mesures nécessaires pour le comprendre, il ne devrait plus être effrayant, parce que le travail des scientifiques est de faire en sorte que les choses que nous étudions ne soient plus effrayantes parce que vous les comprenez. Je veux dire, si vous avez un petit enfant et que vous lui parlez de la façon de multiplier des nombres, alors que tout ce qu'il sait, c'est compter sur ses doigts, la multiplication semble être quelque chose d'intimidant et qu'il ne pourra jamais comprendre.

Mais bien sûr, une fois qu'ils vont à l'école et qu'ils apprennent l'addition et la soustraction, et une fois qu'ils arrivent à la multiplication, ils se disent que ce n'est pas trop grave, parce qu'ils ont pris les mesures nécessaires pour la comprendre. Je pense donc que nous devons faire passer ce message à propos de l'informatique quantique. C'est peut-être un peu trop difficile pour le niveau actuel, mais il suffit de franchir quelques étapes et c'est quelque chose que l'on peut comprendre.

Yuval: Prenons un virage serré et passons en quelque sorte aux temps modernes, et à certaines des choses les plus avancées sur lesquelles vous travaillez en dehors du livre, puis je veux revenir au livre. Les gens connaissent les célèbres algorithmes de calcul quantique, ceux de Shor et de Grover, ceux de Deutsch-Jozsa, etc. Pourquoi y a-t-il si peu d'algorithmes quantiques ? On ne s'attendrait pas à ce qu'il y en ait 30 ou 50 à l'heure actuelle ?

Tom: Je pense que l'une des principales raisons est que nous ne disposons pas d'ordinateurs quantiques suffisamment grands pour que les gens puissent s'amuser et essayer. Ce que je veux dire par là, c'est qu'il suffit de regarder l'évolution de l'informatique classique. À l'époque où les ordinateurs classiques ont été inventés, il y avait certains problèmes que les gens avaient en tête pour ce qu'ils feraient avec ces ordinateurs classiques. C'est pour cette raison qu'un PDG de l'époque a déclaré que le marché mondial des ordinateurs était de cinq, parce que les ordinateurs classiques ne permettaient de résoudre qu'un nombre limité de problèmes. Mais une fois que les ordinateurs sont devenus accessibles à tous et qu'un plus grand nombre de personnes ont pu être impliquées, les gens ont commencé à imaginer toutes sortes d'utilisations, comme ce podcast enregistré sur Internet ou même une grande partie de l'apprentissage automatique classique, une grande partie.

La raison pour laquelle nous utilisons l'apprentissage automatique est qu'il fonctionne tout simplement. Les gens l'ont essayé et ça marche, et il n'y a pas nécessairement les fondements théoriques les plus rigoureux pour expliquer le succès de l'apprentissage automatique. Je veux dire qu'il y a des raisons générales, mais en termes de preuves mathématiques rigoureuses de type informatique, cela n'existe même pas avec l'apprentissage automatique classique. Je pense donc qu'il en va de même pour l'informatique quantique, oui, nous avons cette poignée de grands problèmes que nous pourrions résoudre avec les ordinateurs quantiques, mais je pense vraiment que la plupart des applications ne seront pas découvertes tant que les ordinateurs quantiques ne seront pas plus accessibles aux gens pour qu'ils puissent jouer avec, et qu'ils puissent simplement essayer, essayer quelque chose et voir si cela fonctionne. Plus tard, les mathématiciens et les informaticiens théoriques pourront expliquer pourquoi cela fonctionne.

Yuval: Sur quoi travaillez-vous ? Quels types d'algorithmes étudiez-vous ?

Tom : Je travaille principalement sur des algorithmes quantiques basés sur les versions quantiques des marches aléatoires. On parle de marche aléatoire lorsque quelque chose se déplace au hasard. Il s'avère que ce processus est très utile pour les algorithmes classiques, et de la même manière, il s'avère être un moyen très utile de concevoir des algorithmes quantiques. Je me penche en particulier sur les algorithmes de recherche quantique. Imaginez que vous ayez un type de réseau, et que vous ayez une particule quantique qui saute sur ce réseau dans une super position parce qu'elle est quantique, et qu'elle essaie de chercher un nœud particulier. Il s'avère qu'en fonction de la structure de ce réseau, un ordinateur quantique peut être capable d'effectuer une recherche rapide ou lente. J'ai donc beaucoup étudié les différentes propriétés du réseau qui pourraient permettre à un ordinateur quantique d'effectuer une recherche rapide.

Yuval: Cela est-il lié d'une manière ou d'une autre aux algorithmes de Monte Carlo qui intègrent également une sorte de marche aléatoire ?

Tom: C'est lié. Oui, c'est vrai. On peut considérer la marche quantique comme une version quantique d'un algorithme de Monte Carlo ou d'une chaîne de Markov.

Yuval: Je comprends. Quand je regarde le livre et que vous expliquez ces algorithmes, je me dis : " Voici comment je construis un Oracle pour quelques qubits. Voici comment je construis un Oracle pour quelques qubits, comment je fais ceci, etc. Que pensez-vous qu'il se passe lorsque les gens, disons que j'ai lu le livre, que j'ai passé tous les examens, que je sais ce qu'il y a dedans. Quel est l'écart entre le livre et la création de quelque chose de vraiment utile dans un environnement d'informatique quantique d'entreprise ? Quelle est la prochaine étape... ou par quoi les gens doivent-ils passer pour y arriver ?

Tom: Oui. L'un des aspects positifs de la situation actuelle de l'informatique quantique est qu'il existe de nombreuses ressources éducatives. Je ne prétends donc pas que mon livre est le seul qui existe. Il y a beaucoup de ressources disponibles, même dans les entreprises d'informatique quantique, et elles ont des leçons entières et même des livres électroniques gratuits sur la façon d'utiliser leurs appareils pour des problèmes d'optimisation potentiels et d'autres choses de ce genre. Il y a donc beaucoup de travail en ce moment, et beaucoup de matériel sur la façon dont on pourrait utiliser les ordinateurs quantiques pour des problèmes industriels. Actuellement, les ordinateurs quantiques ne sont pas assez grands pour résoudre ces problèmes de manière utile, au-delà ou mieux que ce que nos ordinateurs traditionnels existants peuvent faire. Mais l'idée est de commencer à expérimenter avec ces petits ordinateurs quantiques, de sorte que lorsque nous en aurons de plus grands, nous pourrons, je l'espère, les utiliser pour résoudre des problèmes que nous ne pouvons pas résoudre actuellement. Je ne manquerais donc pas d'orienter les gens vers ce type de ressources.

Yuval: Et en ce qui concerne vos recherches, pensez-vous qu'elles puissent avoir une application commerciale ?

Tom: C'est possible, car la recherche est un problème très important. C'est pourquoi l'algorithme de Grover est si célèbre, car même s'il s'agit d'une accélération quadratique et non exponentielle, il s'agit d'un type de problème très universel. On peut donc presque considérer que mes recherches portent sur les détails de l'algorithme de Grover. Par exemple, que se passe-t-il si vos données sont structurées de telle sorte que vous ne pouvez pas simplement passer d'un élément de données, d'un nœud à un autre nœud directement lorsque les données sont organisées dans un certain type de structure. Je pense que la recherche est un problème très universel. Quand cela sera-t-il commercialement viable ? Cela pourrait prendre un certain temps, car les ordinateurs quantiques constituent un problème d'ingénierie très difficile. Par ailleurs, nos ordinateurs classiques sont tout simplement très, très bons. Il faudra donc un peu de temps, je pense, pour que les ordinateurs quantiques commencent à faire des choses que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire avec une accélération polynomiale plus modeste.

Yuval: Je vous prie de m'excuser pour le caractère aléatoire de mes questions. Revenons au livre et à certains concepts de base. Je pense que lorsque les gens apprennent ce qu'est l'intrication, ils en comprennent la valeur en termes de communications quantiques ou de distribution de clés, et oh, si je change l'un, alors l'autre change, donc vous le savez, et ainsi de suite. Comment expliquer à quelqu'un la valeur de l'intrication dans la pertinence informatique du quantique ?

Tom: Oui. Dans notre livre, nous expliquons ce qu'est l'intrication. Un état intriqué est un état dans lequel tous les qubits sont intriqués ou mélangés d'une manière ou d'une autre, n'est-ce pas ? Si vous mesurez un qubit, il affecte les autres qubits, ce qui est l'inverse d'un état où ce n'est pas le cas, que l'on appelle un état produit. Dans un état de produit, les qubits peuvent être considérés comme des qubits individuels, où l'on peut interagir avec un qubit sans affecter les autres qubits. S'il n'y a pas d'intrication, ce qui signifie que vous avez un état de produit, vous pouvez simuler efficacement un état de produit à l'aide d'ordinateurs classiques. Et c'est parce que, je suppose qu'il s'agit d'un public plus avancé pour votre podcast, donc les gens peuvent en savoir un peu plus sur l'informatique quantique, qu'il est possible de simuler un état produit de manière efficace. C'est parce que le nombre d'amplitudes dont il faut tenir compte pour l'état produit croît linéairement avec le nombre de qubits, et non de façon exponentielle.

C'est pourquoi un ordinateur classique peut stocker efficacement l'ensemble de l'état quantique pour l'état du produit, et il peut également agir efficacement sur cet état. En fait, s'il n'y a pas d'intrication, un ordinateur quantique n'est pas plus performant qu'un ordinateur classique à cet égard, parce qu'un ordinateur classique peut faire tout ce que l'ordinateur quantique peut faire. Donc, si vous voulez accélérer les choses, vous devez essentiellement utiliser l'intrication. Je pense donc que c'est la principale motivation de l'importance de l'intrication dans l'informatique, vous en avez besoin si vous voulez faire quelque chose de mieux qu'un ordinateur classique.

Yuval: En ce qui concerne les applications quantiques aujourd'hui, et pour revenir à l'utilisation commerciale, il y a évidemment beaucoup de battage et de peur autour de Shor en ce qui concerne, oh, je vais casser le système financier mondial, mais cela ne se produira pas avant quelques années. Lorsque vous parlez à vos collègues de l'industrie, quel est l'algorithme ou les algorithmes classiques qu'ils utilisent le plus dans leur travail ?

Tom: Je pense que cela dépend beaucoup de l'industrie, bien sûr. Si vous parlez de problèmes liés à la simulation quantique, à la chimie quantique, etc., il s'agit essentiellement d'essayer de trouver des états fondamentaux, ce qui est très général. Dans beaucoup d'autres secteurs, il s'agit essentiellement de résoudre des équations différentielles, et c'est vrai dans la finance, pour différents modèles financiers, etc. Dans d'autres secteurs, il s'agit d'optimiser les choses, d'optimiser les horaires de vol, etc. Je pense donc qu'il y a beaucoup de variations, en fait, en fonction de l'industrie, ce qui rend les choses très intéressantes. Je veux dire que c'est comme demander à un ordinateur traditionnel à quoi il sert le plus souvent. Il y a de tout. Donc, oui. Je ne sais pas si je peux vous donner un domaine spécifique.

Yuval: C'est fantastique. Alors Tom, comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur vous et sur votre travail dans le livre ?

Tom: Mon site web, thomaswong.net, est le meilleur endroit où vous pouvez voir tous mes documents de recherche. Vous pouvez obtenir un lien pour télécharger mon manuel gratuit. Et en bas de page, vous trouverez également mes coordonnées sur mon site web.

Yuval: C'est parfait. Merci beaucoup de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Tom: De rien. Merci de m'avoir invité.

Mon invité aujourd'hui est Tom Wong, physicien, spécialiste de l'information quantique et auteur du nouveau livre "Introduction to classical and quantum computing" : "Introduction à l'informatique classique et quantique". Avec Tom, nous parlons de l'enseignement de l'informatique quantique aux lycéens et aux étudiants, de ses recherches de pointe sur les algorithmes quantiques, et de bien d'autres choses encore.

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LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS

Yuval: Bonjour Tom, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Tom: Bonjour. Merci de m'accueillir.

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

Tom: Je suis professeur de physique à l'université Creighton d'Omaha, dans le Nebraska, et je travaille principalement avec des étudiants de premier cycle qui font de la recherche en informatique quantique et enseignent l'informatique quantique.

Yuval: Et vous avez un nouveau livre qui, comme je l'ai vu aujourd'hui, est numéro un sur la liste Amazon des livres sur l'informatique quantique ?

Tom: C'est le numéro un pour les nouveautés, mais il est évident qu'il ne sera pas le numéro un comparé à tous les titans séminaux de notre domaine. Mais oui, j'ai un nouveau manuel basé sur un cours d'introduction à l'informatique quantique que j'ai donné à Creighton à des étudiants de premier cycle. Ce qui est intéressant, c'est que le seul prérequis est la trigonométrie. Ainsi, une grande partie du matériel éducatif qui existe sur l'informatique quantique et les manuels sont davantage destinés aux étudiants de deuxième cycle, mais celui-ci est conçu pour les étudiants de première année, de deuxième année du premier cycle, et peut-être même pour les lycéens plus avancés.

Yuval: J'ai téléchargé un exemplaire et j'en ai lu la plus grande partie. J'espère en connaître la majeure partie, même si je n'ai pas encore passé vos examens. À quel âge pensez-vous qu'il puisse être enseigné ? L'enseigneriez-vous à des élèves de 9e année ? L'enseigneriez-vous aux élèves de 11e année ? Je veux dire, par où recommanderiez-vous aux gens de commencer à s'intéresser à la quantique ?

Tom: Il y a donc deux questions à se poser. La première est de savoir à quel niveau je pourrais enseigner le contenu de mon manuel. Et l'autre question est de savoir à quel niveau on peut enseigner la science de l'information quantique de manière plus générale. En ce qui concerne mon manuel, j'ai mentionné que le prérequis est la trigonométrie. Ainsi, une fois que les étudiants sont familiarisés avec le cercle unitaire, ils peuvent aborder tout le matériel de mon manuel, car celui-ci couvre les mathématiques plus avancées dont ils auront besoin. Il couvre donc l'algèbre linéaire et passe en revue les nombres complexes, etc. Je devrais peut-être mentionner pour les auditeurs qui ont rendu ce manuel gratuit, qu'il y a un PDF gratuit sur mon site web à thomaswong.net. Et pour ceux qui veulent une copie imprimée plus abordable, je viens de la télécharger sur Amazon. Vous pouvez donc acheter une copie imprimée bon marché. Mais encore une fois, le PDF est gratuit sur mon site web, donc tout le monde peut le télécharger.

Avec cela, il y a beaucoup de lycéens qui font de la trigonométrie et qui pourraient ensuite apprendre l'informatique quantique. Au-delà de mon manuel, je pense que les idées de base de l'information quantique peuvent être enseignées sans toutes les mathématiques, même aux enfants. Et je pense qu'il y a des pressions en ce sens. Par exemple, il existe aux États-Unis une initiative appelée Q-12 Educational Partnership (partenariat éducatif Q-12). Je crois que le site web est q12education.org. Il s'agit essentiellement de personnes qui reconnaissent la nécessité de disposer d'une future main-d'œuvre quantique. Et pour ce faire, il faut introduire les idées de la science de l'information quantique dès le plus jeune âge. De cette manière, les élèves sont conscients de l'existence de ce domaine et peuvent se dire : "Oh, quand je serai grand, je veux être un scientifique de l'information quantique", car bien souvent les élèves s'orientent vers un domaine particulier simplement parce qu'ils en ont entendu parler par leurs parents, leurs professeurs ou leurs conseillers scolaires. Et si l'informatique quantique n'est pas sur les radars des gens, ils ne sauront même pas que ces emplois existent.

Yuval: Vous enseignez cette matière depuis plusieurs années. Quel est donc le concept le plus difficile à comprendre pour vos élèves ?

Tom: Ooh, c'est une question vraiment difficile, je pense. Je ne veux pas dire qu'il n'y a pas de concept difficile à saisir, parce qu'alors j'aurais l'air de me vanter ou quelque chose comme ça. Mais je pense que cela dépend en partie du type de cours que vous donnez, parce que mon cours n'est pas un cours conceptuel. En fait, je leur enseigne les mathématiques qu'ils ne connaissent pas. Parce que nous faisons les mathématiques, je pense que les étudiants comprennent ces concepts très quantiques comme l'intrication quantique, la superposition et d'autres choses de ce genre, parce qu'ils ont vu comment cela fonctionne réellement avec les mathématiques. Je pense que ce qui rend certains de ces concepts difficiles à comprendre pour un public non initié, c'est que vous essayez d'utiliser des analogies pour les décrire au lieu de savoir ce qu'ils sont réellement. Et je pense que c'est là que des choses comme l'enchevêtrement peuvent devenir très confuses. Je pense donc qu'au moins avec les sujets que j'aborde dans ma classe, qui sont encore une fois des sujets d'introduction, je n'enseigne pas un cours de niveau supérieur. Je pense que les bases sont accessibles aux étudiants, et même les bases de l'intrication, de la superposition et de tous ces concepts quantiques ne sont pas trop mauvaises.

Je pense qu'il s'agit là d'un très bon point à retenir, à savoir que la quantique a souvent la réputation d'être mystérieuse ou que seuls les esprits les plus brillants du monde peuvent la comprendre et contribuer à ce domaine. Et je veux briser ce stéréotype, je pense vraiment que tout le monde peut comprendre et contribuer à la quantique. Dans un certain sens, nous avons eu des problèmes de marketing dans ce domaine parce que nous l'avons présenté comme quelque chose d'effrayant. Mais en fait, comme tout ce que vous apprenez, si vous prenez toutes les mesures nécessaires pour le comprendre, il ne devrait plus être effrayant, parce que le travail des scientifiques est de faire en sorte que les choses que nous étudions ne soient plus effrayantes parce que vous les comprenez. Je veux dire, si vous avez un petit enfant et que vous lui parlez de la façon de multiplier des nombres, alors que tout ce qu'il sait, c'est compter sur ses doigts, la multiplication semble être quelque chose d'intimidant et qu'il ne pourra jamais comprendre.

Mais bien sûr, une fois qu'ils vont à l'école et qu'ils apprennent l'addition et la soustraction, et une fois qu'ils arrivent à la multiplication, ils se disent que ce n'est pas trop grave, parce qu'ils ont pris les mesures nécessaires pour la comprendre. Je pense donc que nous devons faire passer ce message à propos de l'informatique quantique. C'est peut-être un peu trop difficile pour le niveau actuel, mais il suffit de franchir quelques étapes et c'est quelque chose que l'on peut comprendre.

Yuval: Prenons un virage serré et passons en quelque sorte aux temps modernes, et à certaines des choses les plus avancées sur lesquelles vous travaillez en dehors du livre, puis je veux revenir au livre. Les gens connaissent les célèbres algorithmes de calcul quantique, ceux de Shor et de Grover, ceux de Deutsch-Jozsa, etc. Pourquoi y a-t-il si peu d'algorithmes quantiques ? On ne s'attendrait pas à ce qu'il y en ait 30 ou 50 à l'heure actuelle ?

Tom: Je pense que l'une des principales raisons est que nous ne disposons pas d'ordinateurs quantiques suffisamment grands pour que les gens puissent s'amuser et essayer. Ce que je veux dire par là, c'est qu'il suffit de regarder l'évolution de l'informatique classique. À l'époque où les ordinateurs classiques ont été inventés, il y avait certains problèmes que les gens avaient en tête pour ce qu'ils feraient avec ces ordinateurs classiques. C'est pour cette raison qu'un PDG de l'époque a déclaré que le marché mondial des ordinateurs était de cinq, parce que les ordinateurs classiques ne permettaient de résoudre qu'un nombre limité de problèmes. Mais une fois que les ordinateurs sont devenus accessibles à tous et qu'un plus grand nombre de personnes ont pu être impliquées, les gens ont commencé à imaginer toutes sortes d'utilisations, comme ce podcast enregistré sur Internet ou même une grande partie de l'apprentissage automatique classique, une grande partie.

La raison pour laquelle nous utilisons l'apprentissage automatique est qu'il fonctionne tout simplement. Les gens l'ont essayé et ça marche, et il n'y a pas nécessairement les fondements théoriques les plus rigoureux pour expliquer le succès de l'apprentissage automatique. Je veux dire qu'il y a des raisons générales, mais en termes de preuves mathématiques rigoureuses de type informatique, cela n'existe même pas avec l'apprentissage automatique classique. Je pense donc qu'il en va de même pour l'informatique quantique, oui, nous avons cette poignée de grands problèmes que nous pourrions résoudre avec les ordinateurs quantiques, mais je pense vraiment que la plupart des applications ne seront pas découvertes tant que les ordinateurs quantiques ne seront pas plus accessibles aux gens pour qu'ils puissent jouer avec, et qu'ils puissent simplement essayer, essayer quelque chose et voir si cela fonctionne. Plus tard, les mathématiciens et les informaticiens théoriques pourront expliquer pourquoi cela fonctionne.

Yuval: Sur quoi travaillez-vous ? Quels types d'algorithmes étudiez-vous ?

Tom : Je travaille principalement sur des algorithmes quantiques basés sur les versions quantiques des marches aléatoires. On parle de marche aléatoire lorsque quelque chose se déplace au hasard. Il s'avère que ce processus est très utile pour les algorithmes classiques, et de la même manière, il s'avère être un moyen très utile de concevoir des algorithmes quantiques. Je me penche en particulier sur les algorithmes de recherche quantique. Imaginez que vous ayez un type de réseau, et que vous ayez une particule quantique qui saute sur ce réseau dans une super position parce qu'elle est quantique, et qu'elle essaie de chercher un nœud particulier. Il s'avère qu'en fonction de la structure de ce réseau, un ordinateur quantique peut être capable d'effectuer une recherche rapide ou lente. J'ai donc beaucoup étudié les différentes propriétés du réseau qui pourraient permettre à un ordinateur quantique d'effectuer une recherche rapide.

Yuval: Cela est-il lié d'une manière ou d'une autre aux algorithmes de Monte Carlo qui intègrent également une sorte de marche aléatoire ?

Tom: C'est lié. Oui, c'est vrai. On peut considérer la marche quantique comme une version quantique d'un algorithme de Monte Carlo ou d'une chaîne de Markov.

Yuval: Je comprends. Quand je regarde le livre et que vous expliquez ces algorithmes, je me dis : " Voici comment je construis un Oracle pour quelques qubits. Voici comment je construis un Oracle pour quelques qubits, comment je fais ceci, etc. Que pensez-vous qu'il se passe lorsque les gens, disons que j'ai lu le livre, que j'ai passé tous les examens, que je sais ce qu'il y a dedans. Quel est l'écart entre le livre et la création de quelque chose de vraiment utile dans un environnement d'informatique quantique d'entreprise ? Quelle est la prochaine étape... ou par quoi les gens doivent-ils passer pour y arriver ?

Tom: Oui. L'un des aspects positifs de la situation actuelle de l'informatique quantique est qu'il existe de nombreuses ressources éducatives. Je ne prétends donc pas que mon livre est le seul qui existe. Il y a beaucoup de ressources disponibles, même dans les entreprises d'informatique quantique, et elles ont des leçons entières et même des livres électroniques gratuits sur la façon d'utiliser leurs appareils pour des problèmes d'optimisation potentiels et d'autres choses de ce genre. Il y a donc beaucoup de travail en ce moment, et beaucoup de matériel sur la façon dont on pourrait utiliser les ordinateurs quantiques pour des problèmes industriels. Actuellement, les ordinateurs quantiques ne sont pas assez grands pour résoudre ces problèmes de manière utile, au-delà ou mieux que ce que nos ordinateurs traditionnels existants peuvent faire. Mais l'idée est de commencer à expérimenter avec ces petits ordinateurs quantiques, de sorte que lorsque nous en aurons de plus grands, nous pourrons, je l'espère, les utiliser pour résoudre des problèmes que nous ne pouvons pas résoudre actuellement. Je ne manquerais donc pas d'orienter les gens vers ce type de ressources.

Yuval: Et en ce qui concerne vos recherches, pensez-vous qu'elles puissent avoir une application commerciale ?

Tom: C'est possible, car la recherche est un problème très important. C'est pourquoi l'algorithme de Grover est si célèbre, car même s'il s'agit d'une accélération quadratique et non exponentielle, il s'agit d'un type de problème très universel. On peut donc presque considérer que mes recherches portent sur les détails de l'algorithme de Grover. Par exemple, que se passe-t-il si vos données sont structurées de telle sorte que vous ne pouvez pas simplement passer d'un élément de données, d'un nœud à un autre nœud directement lorsque les données sont organisées dans un certain type de structure. Je pense que la recherche est un problème très universel. Quand cela sera-t-il commercialement viable ? Cela pourrait prendre un certain temps, car les ordinateurs quantiques constituent un problème d'ingénierie très difficile. Par ailleurs, nos ordinateurs classiques sont tout simplement très, très bons. Il faudra donc un peu de temps, je pense, pour que les ordinateurs quantiques commencent à faire des choses que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire avec une accélération polynomiale plus modeste.

Yuval: Je vous prie de m'excuser pour le caractère aléatoire de mes questions. Revenons au livre et à certains concepts de base. Je pense que lorsque les gens apprennent ce qu'est l'intrication, ils en comprennent la valeur en termes de communications quantiques ou de distribution de clés, et oh, si je change l'un, alors l'autre change, donc vous le savez, et ainsi de suite. Comment expliquer à quelqu'un la valeur de l'intrication dans la pertinence informatique du quantique ?

Tom: Oui. Dans notre livre, nous expliquons ce qu'est l'intrication. Un état intriqué est un état dans lequel tous les qubits sont intriqués ou mélangés d'une manière ou d'une autre, n'est-ce pas ? Si vous mesurez un qubit, il affecte les autres qubits, ce qui est l'inverse d'un état où ce n'est pas le cas, que l'on appelle un état produit. Dans un état de produit, les qubits peuvent être considérés comme des qubits individuels, où l'on peut interagir avec un qubit sans affecter les autres qubits. S'il n'y a pas d'intrication, ce qui signifie que vous avez un état de produit, vous pouvez simuler efficacement un état de produit à l'aide d'ordinateurs classiques. Et c'est parce que, je suppose qu'il s'agit d'un public plus avancé pour votre podcast, donc les gens peuvent en savoir un peu plus sur l'informatique quantique, qu'il est possible de simuler un état produit de manière efficace. C'est parce que le nombre d'amplitudes dont il faut tenir compte pour l'état produit croît linéairement avec le nombre de qubits, et non de façon exponentielle.

C'est pourquoi un ordinateur classique peut stocker efficacement l'ensemble de l'état quantique pour l'état du produit, et il peut également agir efficacement sur cet état. En fait, s'il n'y a pas d'intrication, un ordinateur quantique n'est pas plus performant qu'un ordinateur classique à cet égard, parce qu'un ordinateur classique peut faire tout ce que l'ordinateur quantique peut faire. Donc, si vous voulez accélérer les choses, vous devez essentiellement utiliser l'intrication. Je pense donc que c'est la principale motivation de l'importance de l'intrication dans l'informatique, vous en avez besoin si vous voulez faire quelque chose de mieux qu'un ordinateur classique.

Yuval: En ce qui concerne les applications quantiques aujourd'hui, et pour revenir à l'utilisation commerciale, il y a évidemment beaucoup de battage et de peur autour de Shor en ce qui concerne, oh, je vais casser le système financier mondial, mais cela ne se produira pas avant quelques années. Lorsque vous parlez à vos collègues de l'industrie, quel est l'algorithme ou les algorithmes classiques qu'ils utilisent le plus dans leur travail ?

Tom: Je pense que cela dépend beaucoup de l'industrie, bien sûr. Si vous parlez de problèmes liés à la simulation quantique, à la chimie quantique, etc., il s'agit essentiellement d'essayer de trouver des états fondamentaux, ce qui est très général. Dans beaucoup d'autres secteurs, il s'agit essentiellement de résoudre des équations différentielles, et c'est vrai dans la finance, pour différents modèles financiers, etc. Dans d'autres secteurs, il s'agit d'optimiser les choses, d'optimiser les horaires de vol, etc. Je pense donc qu'il y a beaucoup de variations, en fait, en fonction de l'industrie, ce qui rend les choses très intéressantes. Je veux dire que c'est comme demander à un ordinateur traditionnel à quoi il sert le plus souvent. Il y a de tout. Donc, oui. Je ne sais pas si je peux vous donner un domaine spécifique.

Yuval: C'est fantastique. Alors Tom, comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur vous et sur votre travail dans le livre ?

Tom: Mon site web, thomaswong.net, est le meilleur endroit où vous pouvez voir tous mes documents de recherche. Vous pouvez obtenir un lien pour télécharger mon manuel gratuit. Et en bas de page, vous trouverez également mes coordonnées sur mon site web.

Yuval: C'est parfait. Merci beaucoup de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Tom: De rien. Merci de m'avoir invité.

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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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