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Podcast avec Trevor Lanting, D-Wave
Mon invité aujourd'hui est Trevor Lanting, directeur scientifique chez D-Wave Systems. Trevor et moi discutons de ce que le recuit quantique PEUT et NE PEUT PAS faire, de la manière dont le recuit quantique est entretenu, des préoccupations des clients lorsqu'ils déploient des solutions quantiques et de bien d'autres choses encore.
LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS
Yuval: Bonjour, Trevor, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Trevor: Bonjour, Yuval, ravi de vous rencontrer.
Yuval: Qui êtes-vous et que faites-vous ?
Trevor: Je m'appelle Trevor Lanting, je suis physicien expérimental chez D-Wave Systems. Je travaille dans notre équipe de développement de processeurs. Je travaille donc chez D-Wave depuis un peu plus de 10 ans et j'ai participé à de nombreux aspects du développement de notre technologie de recuit quantique. Et maintenant, plus récemment, alors que nous développons un effort de modèle de porte, je suis également impliqué dans ce domaine.
Yuval: Pourriez-vous me présenter rapidement ce qu'est le recuit quantique ?
Trevor: Oui. D'une certaine manière, on peut considérer le recuit quantique comme l'analogue quantique de la trempe parallèle ou du recuit simulé, qui est une heuristique que l'on peut exécuter sur un ordinateur classique pour résoudre des problèmes d'optimisation. Le recuit quantique en est donc l'analogue quantique. Au lieu, comme dans le cas du recuit simulé, d'augmenter et de diminuer la température et d'explorer l'espace des solutions en diminuant lentement la température. Avec le recuit quantique, vous activez les fluctuations mécaniques quantiques. Vous explorez ainsi un vaste espace de solutions pour résoudre un problème d'optimisation par le biais de fluctuations quantiques. Vous pouvez donc vous placer dans une superposition de toutes les solutions possibles à la réponse, puis réduire lentement l'effet tunnel jusqu'à ce que vous vous localisiez dans ce que vous espérez être l'état fondamental ou un état de faible énergie d'un système global qui encode la réponse à un problème que vous essayez de résoudre.
Yuval: Si je vais sur le site Web de D-Wave, je suis sûr qu'il me parlera de tous les problèmes qui peuvent être résolus avec le recuit quantique, et vous avez de nombreux clients et de nombreux cas d'utilisation, mais quel type de problème ne peut pas être résolu avec le recuit quantique ?
Trevor: Ce que nous construisons avec la technologie du recuit quantique n'est pas un ordinateur quantique universel. Il s'agit plutôt d'une technologie spéciale qui permet de résoudre des problèmes d'optimisation. Je pense que beaucoup de vos auditeurs connaissent probablement un algorithme appelé algorithme de Shor, qui a été développé et s'est avéré très efficace pour factoriser les grands nombres. L'algorithme de Shor est un exemple d'algorithme qui ne peut pas être exécuté sur nos processeurs de recuit quantique. Vous pouvez exécuter des problèmes de multiplication inverse sur un processeur de recuit quantique, mais vous ne pouvez pas exécuter explicitement un algorithme appelé algorithme de Shor. Donc, en général, tous les algorithmes basés sur les portes qui ont été développés en termes de système de modèles de portes, appliquant une série de portes pour résoudre un problème, ne fonctionnent pas directement sur les processeurs de recuit quantique.
Yuval: Si je suis un expert en chaîne d'approvisionnement, un expert en logistique, par exemple, j'ai évidemment des problèmes d'optimisation. Que dois-je savoir pour pouvoir exprimer le problème de manière à ce qu'il fonctionne sur notre machine de recuit quantique ?
Trevor: Il existe donc différentes interfaces pour notre technologie. Ce que nous constatons, c'est que les clients accèdent le plus souvent à notre technologie par le biais de notre service de résolution hybride. Vous pouvez y poser un problème sous la forme d'un problème de satisfaction de contraintes, ce qui est une façon courante d'exprimer ce type de problèmes d'optimisation. Ensuite, notre pile logicielle se charge de traduire ce problème en quelque chose qui peut être exécuté sur le processeur de recuit quantique. Il suffit donc de poser un problème avec un certain nombre de contraintes et d'interactions entre les variables et de le soumettre à notre service de résolution hybride. Celui-ci essaiera de traduire le problème en quelque chose qui peut être exécuté sur le processeur de recuit quantique. Il existe une sorte de point d'accès plus direct : si vous pouvez formuler votre problème comme un problème de spin ising, où vous avez des interactions par paire entre les variables, alors vous pouvez l'exprimer directement comme une instruction machine sur le processeur de recuit quantique, mais nos processus de recuit quantique actuels ont en quelque sorte des topologies fixes.
Trevor: Il y a donc une connectivité finie entre chacun des qubits physiques du processeur. Ce que nous constatons, c'est que les clients qui s'adressent à nous ont des problèmes qui comportent beaucoup plus de connexions que ce qui peut être représenté de manière native sur le processeur. Une étape de traduction est donc nécessaire. Je pense donc qu'il y a une réponse courte à votre question, qui est d'utiliser notre service de résolution hybride, mais vous pouvez vraiment creuser et poser ces problèmes au niveau du métal nu si vous le souhaitez, mais vous devez en savoir un peu plus sur la topologie de la puce et être un peu plus familier avec le circuit qui se trouve sur la puce.
Yuval: Lorsque nous regardons les vendeurs de portes, et nous parlerons de l'annonce de D-Wave dans une seconde, il arrive qu'ils disent "Oh, nous avons maintenant 127 qubits", comme IBM l'a annoncé il y a peu. Mais lorsque nous regardons les vendeurs de portes, ils disent parfois : " Oh, maintenant nous avons 127 qubits ", comme IBM l'a annoncé il y a peu. "Et donc vous pouvez exécuter ce type d'applications. Et quand nous aurons 400 qubits, vous pourrez le faire. Et quand vous aurez 10 000 qubits, vous pourrez le faire". Existe-t-il une sorte de formule de calcul permettant d'affirmer que l'ordinateur de recuit D-Wave existant peut exécuter quelque chose qui nécessiterait un nombre X de portes sur une machine à base de portes ?
Trevor: Je veux dire que la façon la plus claire de comparer est probablement d'utiliser un algorithme d'optimisation appelé QAOA. Il s'agit d'un algorithme d'optimisation approximative quantique qui a été développé pour l'ère NISQ, c'est-à-dire l'ère de l'informatique quantique bruyante à court terme. L'algorithme QAOA est conçu pour résoudre les problèmes d'optimisation sur un système de portes. Il permet donc de poser des problèmes aux solveurs de recuit quantique et de les poser aux solveurs basés sur les portes. Nous avons ainsi résolu de manière très efficace des problèmes bien plus importants que ceux qui peuvent être posés à la taille actuelle des ordinateurs à grille.
Trevor: Il existe donc un moyen de comparer le recuit et la grille, du moins en ce qui concerne l'espace d'optimisation. Mais ce que nous constatons, c'est qu'il s'agit de technologies complémentaires à bien des égards. Et c'est l'une des raisons pour lesquelles D-Wave est enthousiasmé par nos efforts dans le domaine du gate. Pour les problèmes d'optimisation, il est beaucoup plus logique, d'après ce que nous savons aujourd'hui, de résoudre ces problèmes avec une plateforme de recuit quantique, mais il y a des domaines comme la simulation quantique et la chimie quantique où les systèmes basés sur les portes sont vraiment... C'est dans ces domaines que nous pensons qu'une grande partie des premières applications et de l'attention sera portée à ces systèmes. Il y a donc des moyens de les comparer, mais ce sont vraiment des technologies complémentaires.
Yuval: Pour QAOA, quel est l'équivalent ? Vous pouvez exécuter un certain problème avec la machine de recuit quantique d'aujourd'hui. De combien de portes aurais-je besoin sur une machine à base de portes pour résoudre un problème de la même taille ?
Trevor: C'est une excellente question. Je veux dire, et cela dépend vraiment de la qualité de votre processeur, donc de ce que l'on appelle la profondeur de grille de vos circuits, ainsi que de la qualité des qubits individuels et des temps de cohérence de vos qubits. Il s'agit donc d'une question de fidélité des portes. Je ne peux donc pas vous donner de comparaison, comme une comparaison un à un, à moins d'avoir un peu plus d'informations sur la situation actuelle des systèmes de porte et sur ce que ce système de porte hypothétique devrait être pour nous concurrencer sur le QAOA.
Yuval: J'ai compris. Vous avez annoncé que vous travailliez sur un ordinateur à grille et c'est tout à fait logique. Évidemment, certains de vos clients pourraient venir vous voir et vous dire : "Nous aimons vos machines de recuit, mais nous avons ces problèmes pour lesquels les machines de recuit ne fonctionnent pas". Le fait de travailler dans le domaine du recuit quantique présente-t-il des avantages qui vous rendraient particulièrement qualifié pour développer une très bonne machine basée sur les portes ?
Trevor: Oui. La réponse est définitivement oui. Nous poursuivons une approche de modèle de porte basée sur la supraconductivité. Nous avons donc acquis une grande expérience dans la construction de processeurs et de circuits supraconducteurs à moyenne et grande échelle. De manière très concrète, nous disposons donc d'une capacité supraconductrice VLSI, d'une capacité d'intégration à très grande échelle. Notre avantage actuel dans la production de processeurs comporte un million de jonctions Josephson et des structures de câblage très sophistiquées pour faire fonctionner ces processeurs. Cette expérience de la construction de circuits de contrôle et de circuits supraconducteurs à grande échelle se répercute donc immédiatement sur notre effort en matière de portes d'accès. Nous construirons nos dispositifs dans une pile supraconductrice. Nous disposons donc d'une grande expérience en matière de fabrication, de test et de développement de cette capacité. Par ailleurs, l'étalonnage et la caractérisation de ces processeurs sont extrêmement importants.
Trevor: Nous devons donc mesurer et caractériser les qubits et les coupleurs individuels sur nos processeurs de recuit afin de pouvoir poser efficacement des problèmes au processeur et à ces étapes d'étalonnage. Nous avons dû en quelque sorte faire évoluer l'efficacité de notre étalonnage et de notre caractérisation au fil du temps, à mesure que le processus devenait plus sophistiqué. Il ne s'agit pas seulement de construire les circuits, mais aussi d'être capable de les faire fonctionner et de les contrôler d'une manière évolutive. Ainsi, l'expérience que nous avons acquise avec le développement du recuit, nous l'appliquons rapidement au développement de la grille, à la conception de la fabrication, puis au fonctionnement et à la caractérisation de ces processeurs.
Yuval: Quelle est votre meilleure estimation de la date et de la taille de votre machine à portique ?
Trevor: Il m'est difficile de répondre à cette question. Nous savons donc que ce sera un défi. Nous avons une sorte de feuille de route pour la production de circuits de porte, mais nous ne donnons aucune date à l'extérieur en ce qui concerne la feuille de route pour le moment où les clients pourront faire fonctionner des choses sur nos circuits. Nous sommes conscients qu'il s'agit d'une technologie difficile à développer et c'est l'une des raisons pour lesquelles nous ne communiquons pas encore de dates.
Yuval: Qu'est-ce qui, selon vous, freine l'informatique quantique aujourd'hui ?
Trevor: C'est une question intéressante. Je pense qu'il y a des défis fondamentaux de mise à l'échelle auxquels le domaine doit faire face, quelle que soit la manière dont vous mettez en œuvre l'informatique quantique. Nous devons atteindre l'échelle de plusieurs centaines de milliers à des millions de qubits physiques au cours des cinq à dix prochaines années afin de commencer à exécuter des algorithmes qui soient vraiment utiles en pratique. Il s'agit donc d'un défi de taille. Nous savons que nous avons besoin d'une correction d'erreur et que nous devons être en mesure de construire des qubits logiques qui ont une durée de vie beaucoup plus longue à partir de grands ensembles de qubits physiques, et les frais généraux liés à la correction d'erreur sont importants. Je pense donc qu'il y a un grand défi à relever pour trouver des techniques de correction d'erreurs pour les qubits physiques qui n'ont pas un surcoût aussi important.
Trevor: Et c'est une façon de commencer à s'attaquer au problème de la mise à l'échelle. De mon point de vue, la mise à l'échelle de ces circuits ou de ces implémentations jusqu'à ce qu'ils rivalisent avec les meilleurs superordinateurs pour résoudre des problèmes de chimie quantique, par exemple, et la mise au point de meilleurs moyens, schémas et stratégies pour corriger les erreurs de ces qubits physiques, sont les deux grands défis de l'informatique quantique. Du moins, c'est mon point de vue en tant que responsable du matériel qui construit la technologie. Je pense que si vous interrogez quelqu'un du côté des algorithmes, il vous dira qu'il y a un ensemble de défis similaires, à savoir relier les ordinateurs quantiques aux applications. C'est donc un domaine dans lequel nous avons beaucoup travaillé en interne chez D-Wave. Mais je pense qu'il y a encore beaucoup de développement à faire pour trouver des logiciels et des algorithmes qui peuvent fonctionner sur des ordinateurs quantiques. Si vous regardez où en est l'informatique classique, les logiciels dépassent de loin le matériel de croissance. Je pense que l'informatique quantique connaîtra une évolution similaire au cours de la prochaine décennie.
Yuval: L'aspect matériel de votre réponse est un peu idéaliste. D'un côté, c'est encourageant et de l'autre, c'est décourageant parce que vous dites : "Si nous avions un million de qubits et qu'ils étaient corrigés des erreurs, nous pourrions faire toutes ces choses merveilleuses". Mais ne pensez-vous pas que si j'ai 10 000 qubits et qu'ils ne sont pas aussi bruyants qu'aujourd'hui, mais que je peux au moins mesurer, caractériser et exécuter des algorithmes hybrides, alors il y aurait une valeur commerciale à exécuter des algorithmes dans des ordinateurs quantiques qui ne peuvent pas être exécutés aujourd'hui sur des ordinateurs classiques ?
Trevor: Absolument. Je pense qu'il y a vraiment une valeur à court et à moyen terme dans les circuits que nous construisons. Mais encore une fois, c'est là qu'intervient la deuxième partie de ma réponse, à savoir que nous avons besoin de plus de personnes pour réfléchir à ces algorithmes et à ces applications, afin qu'ils évoluent en même temps que le matériel se développe et s'améliore. Ainsi, ceux-ci évolueront au fur et à mesure que le matériel se développera et s'améliorera. Mais avant d'atteindre, disons, le million de qubits, nous nous attendons à ce que cette technologie soit très, très utile, mais il doit y avoir une coévolution des algorithmes et des logiciels en même temps que du matériel.
Yuval: Si je peux vous poser une question commerciale, je pense que vous êtes probablement les seuls à proposer des machines de recuit quantique. Lorsque les clients s'adressent à vous, ne craignent-ils pas qu'il n'y ait qu'un seul fournisseur, qu'il n'y ait pas d'alternative et que si vous cessez d'être disponibles, tous mes algorithmes seront perdus ?
Trevor: Je dirais que ce n'est pas la seule source. La réponse courte est donc non. Je veux dire que je ne suis pas aussi axé sur le client du côté de la technologie, mais d'après ce que j'entends de nos services professionnels et de notre équipe de vente, ce n'est pas ce que nous avons entendu. Mais ce que nous avons entendu, ce sont des clients qui veulent vraiment, au fur et à mesure que nous transférons des applications vers la production, ils veulent une certaine garantie de temps de fonctionnement. Ils veulent donc être sûrs que cette technologie, s'ils posent un problème et soumettent un problème à un service en nuage, il y a une très, très grande fiabilité que ce problème sera résolu. Il ne s'agit donc pas d'une source unique de recuit quantique jusqu'à présent, bien que cela puisse être un problème à mesure que nous développons plus d'applications et que plus de gens commencent à dépendre de la technologie, mais le retour que nous avons est que votre service est précieux.
Trevor: Nous voulons savoir comment nous allons garantir son fonctionnement. D'une certaine manière, pouvons-nous le traiter comme Amazon Web Services, où nous nous appuyons de plus en plus sur des ressources en nuage pour gérer de grandes parties de notre activité. Je ne sais donc pas si cela répond à votre question. Je pense que les gens se concentrent beaucoup plus sur le temps de fonctionnement et sur le fait que nous avons des solveurs et de la production en ce moment, et que nous avons certaines garanties, et de ce point de vue, et moins sur le fait que D-Wave Way est le seul fournisseur en ce moment et que c'est une préoccupation. Cela pourrait changer, c'est certain. Donc, à ma connaissance, cela n'a pas fait partie des discussions que j'ai eues avec les clients.
Yuval: Combien de temps faut-il pour obtenir une réponse ? Je sais que cela dépend de la complexité du circuit, mais si je soumets le circuit, que le système est en place et qu'il est correctement codé, combien de temps faut-il pour obtenir une réponse ?
Trevor: Il est également difficile de répondre à cette question, car, encore une fois, cela dépend du niveau de la pile logicielle et de l'interface à laquelle vous accédez à la technologie. Si vous voulez faire un appel unique à notre processeur de recuit quantique, vous appelez directement un problème d'optimisation et vous demandez à ce qu'il soit résolu sur le processeur avec toutes les, et encore une fois, cela dépend vraiment des latences du réseau. Mais si vous êtes n'importe où dans le monde et que vous avez accès à notre service en nuage, ce sera de l'ordre de plusieurs centaines de millisecondes, voire un peu moins d'une seconde. Encore une fois, cela dépend d'un certain nombre de facteurs, comme l'intensité de l'utilisation de la puce, le nombre de personnes qui soumettent des problèmes avec la puce, et la qualité de l'Internet à partir de l'endroit où vous soumettez le problème, par exemple. Mais il s'agit en quelque sorte d'estimations grossières, de l'ordre de quelques centaines de millisecondes.
Yuval: Existe-t-il une notion de temps de cycle en termes de nombre d'itérations par seconde ?
Trevor: Oui, nous sommes très attentifs au nombre de problèmes que nous résolvons par seconde. Et encore une fois, je veux dire qu'habituellement, la façon dont le flux de travail fonctionne est qu'il y a plusieurs processus qui appellent la puce et demandent des réponses en retour. Il y a donc quatre ou cinq, plusieurs dizaines d'utilisateurs qui soumettent des problèmes. Même un seul utilisateur peut résoudre ou soumettre une série de problèmes. En règle générale, nous recommandons de regrouper les problèmes en lots ou d'appeler la puce de manière asynchrone. Dans certains cas, ce n'est pas possible, mais s'il y a un moyen d'appeler tous les problèmes par lots à la puce, alors il y a un certain nombre de threads et d'avantages que nous pouvons en tirer.
Trevor: Si nous recevons une centaine de demandes d'utilisation de la puce en une seule fois, c'est beaucoup plus efficace que si vous codez et exécutez une boucle for sur votre ordinateur et appelez ces cent problèmes un par un. Parfois, vous avez besoin d'un retour d'information du processeur et de l'appel précédent à la puce pour décider de ce que vous allez faire ensuite, mais pas toujours. Et dans les cas où ce n'est pas le cas, il est préférable d'envoyer de manière asynchrone toutes ces tâches au processeur.
Yuval: Nous approchons donc de la fin de notre discussion. Je suis juste curieux de savoir combien de ces ordinateurs existent, si vous pouvez me le dire ?
Trevor: Je ne peux pas pour l'instant. Je veux dire que nous avons notre ancien solveur à faible bruit 2000 Q, et nous avons au moins un autre solveur qui est comme notre solveur avantageux actuel, qui est dans le nuage. Je ne sais pas si je peux trop parler des autres systèmes qui sont en ligne. Mais je pense qu'il y a deux systèmes principaux que les utilisateurs peuvent utiliser actuellement, à savoir notre ancienne technologie de 2000 qubits et notre nouvelle technologie Advantage de 5000 qubits. Si vous voulez en savoir plus, il faudrait que je vérifie avec notre équipe de vente ce que je suis autorisé à dire sur les autres solveurs et autres.
Yuval: Bien sûr, je comprends. Est-ce qu'un ordinateur nécessite beaucoup de maintenance ou, je veux dire, je suis sûr que du point de vue de l'API, je soumets simplement un travail et j'obtiens une réponse. Mais dans les coulisses, y a-t-il des tonnes de gens qui peaufinent les qubits, qui les nettoient, qui les refroidissent ou qui font quoi que ce soit de ce genre ?
Trevor: Pas vraiment de réglage fin. Je veux dire que j'ai parlé de notre procédure d'étalonnage, qui va du moment où nous recevons la puce et la plaçons dans un réfrigérateur jusqu'au moment où les clients rencontrent tous les problèmes. Il y a donc une procédure qui nous permet d'arriver à ce stade. Une fois que nous avons atteint ce stade, nous ne procédons qu'à très peu d'ajustements ou de réglages manuels. Il y a donc des suites de tests de diagnostic, bien sûr, qui tournent en arrière-plan, nous donnant des contrôles de santé et de cohérence sur la puce. Ensuite, la puce est logée dans une enceinte cryogénique afin d'être maintenue à des températures cryogéniques.
Trevor: Le réfrigérateur fait l'objet d'une maintenance régulière pour s'assurer que tous les systèmes de refroidissement sont sains et opérationnels. Mais je pense que nous évoluons à un point tel qu'une grande partie de ces opérations est automatisée. Le système nous prévient lorsque quelque chose ne va pas. Mais pour l'essentiel, les procédures automatisées consistent à vérifier, à s'assurer que tout est en bon état. Il n'y a pas de personne assise devant l'ordinateur qui tourne un cadran de quelque manière que ce soit, ce n'est tout simplement pas durable ou évolutif.
Yuval: J'apprécie vraiment que vous répondiez à cette série de questions. Comment peut-on vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?
Trevor: Il y a deux façons différentes. Vous pouvez nous contacter par le biais de notre site web principal. Mais je suis également heureux de répondre aux questions à mon adresse électronique. Mon adresse électronique est donc tlanting@dwavesys.com. Et je suis plus qu'heureux de répondre à des questions techniques ou à des questions sur D-Wave, n'importe quoi, c'est amusant de parler aux gens de l'informatique quantique.
Yuval: C'est excellent. Merci beaucoup de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Trevor: Merci beaucoup, Yuval. C'était une excellente discussion.
Mon invité aujourd'hui est Trevor Lanting, directeur scientifique chez D-Wave Systems. Trevor et moi discutons de ce que le recuit quantique PEUT et NE PEUT PAS faire, de la manière dont le recuit quantique est entretenu, des préoccupations des clients lorsqu'ils déploient des solutions quantiques et de bien d'autres choses encore.
LA TRANSCRIPTION COMPLÈTE EST CI-DESSOUS
Yuval: Bonjour, Trevor, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Trevor: Bonjour, Yuval, ravi de vous rencontrer.
Yuval: Qui êtes-vous et que faites-vous ?
Trevor: Je m'appelle Trevor Lanting, je suis physicien expérimental chez D-Wave Systems. Je travaille dans notre équipe de développement de processeurs. Je travaille donc chez D-Wave depuis un peu plus de 10 ans et j'ai participé à de nombreux aspects du développement de notre technologie de recuit quantique. Et maintenant, plus récemment, alors que nous développons un effort de modèle de porte, je suis également impliqué dans ce domaine.
Yuval: Pourriez-vous me présenter rapidement ce qu'est le recuit quantique ?
Trevor: Oui. D'une certaine manière, on peut considérer le recuit quantique comme l'analogue quantique de la trempe parallèle ou du recuit simulé, qui est une heuristique que l'on peut exécuter sur un ordinateur classique pour résoudre des problèmes d'optimisation. Le recuit quantique en est donc l'analogue quantique. Au lieu, comme dans le cas du recuit simulé, d'augmenter et de diminuer la température et d'explorer l'espace des solutions en diminuant lentement la température. Avec le recuit quantique, vous activez les fluctuations mécaniques quantiques. Vous explorez ainsi un vaste espace de solutions pour résoudre un problème d'optimisation par le biais de fluctuations quantiques. Vous pouvez donc vous placer dans une superposition de toutes les solutions possibles à la réponse, puis réduire lentement l'effet tunnel jusqu'à ce que vous vous localisiez dans ce que vous espérez être l'état fondamental ou un état de faible énergie d'un système global qui encode la réponse à un problème que vous essayez de résoudre.
Yuval: Si je vais sur le site Web de D-Wave, je suis sûr qu'il me parlera de tous les problèmes qui peuvent être résolus avec le recuit quantique, et vous avez de nombreux clients et de nombreux cas d'utilisation, mais quel type de problème ne peut pas être résolu avec le recuit quantique ?
Trevor: Ce que nous construisons avec la technologie du recuit quantique n'est pas un ordinateur quantique universel. Il s'agit plutôt d'une technologie spéciale qui permet de résoudre des problèmes d'optimisation. Je pense que beaucoup de vos auditeurs connaissent probablement un algorithme appelé algorithme de Shor, qui a été développé et s'est avéré très efficace pour factoriser les grands nombres. L'algorithme de Shor est un exemple d'algorithme qui ne peut pas être exécuté sur nos processeurs de recuit quantique. Vous pouvez exécuter des problèmes de multiplication inverse sur un processeur de recuit quantique, mais vous ne pouvez pas exécuter explicitement un algorithme appelé algorithme de Shor. Donc, en général, tous les algorithmes basés sur les portes qui ont été développés en termes de système de modèles de portes, appliquant une série de portes pour résoudre un problème, ne fonctionnent pas directement sur les processeurs de recuit quantique.
Yuval: Si je suis un expert en chaîne d'approvisionnement, un expert en logistique, par exemple, j'ai évidemment des problèmes d'optimisation. Que dois-je savoir pour pouvoir exprimer le problème de manière à ce qu'il fonctionne sur notre machine de recuit quantique ?
Trevor: Il existe donc différentes interfaces pour notre technologie. Ce que nous constatons, c'est que les clients accèdent le plus souvent à notre technologie par le biais de notre service de résolution hybride. Vous pouvez y poser un problème sous la forme d'un problème de satisfaction de contraintes, ce qui est une façon courante d'exprimer ce type de problèmes d'optimisation. Ensuite, notre pile logicielle se charge de traduire ce problème en quelque chose qui peut être exécuté sur le processeur de recuit quantique. Il suffit donc de poser un problème avec un certain nombre de contraintes et d'interactions entre les variables et de le soumettre à notre service de résolution hybride. Celui-ci essaiera de traduire le problème en quelque chose qui peut être exécuté sur le processeur de recuit quantique. Il existe une sorte de point d'accès plus direct : si vous pouvez formuler votre problème comme un problème de spin ising, où vous avez des interactions par paire entre les variables, alors vous pouvez l'exprimer directement comme une instruction machine sur le processeur de recuit quantique, mais nos processus de recuit quantique actuels ont en quelque sorte des topologies fixes.
Trevor: Il y a donc une connectivité finie entre chacun des qubits physiques du processeur. Ce que nous constatons, c'est que les clients qui s'adressent à nous ont des problèmes qui comportent beaucoup plus de connexions que ce qui peut être représenté de manière native sur le processeur. Une étape de traduction est donc nécessaire. Je pense donc qu'il y a une réponse courte à votre question, qui est d'utiliser notre service de résolution hybride, mais vous pouvez vraiment creuser et poser ces problèmes au niveau du métal nu si vous le souhaitez, mais vous devez en savoir un peu plus sur la topologie de la puce et être un peu plus familier avec le circuit qui se trouve sur la puce.
Yuval: Lorsque nous regardons les vendeurs de portes, et nous parlerons de l'annonce de D-Wave dans une seconde, il arrive qu'ils disent "Oh, nous avons maintenant 127 qubits", comme IBM l'a annoncé il y a peu. Mais lorsque nous regardons les vendeurs de portes, ils disent parfois : " Oh, maintenant nous avons 127 qubits ", comme IBM l'a annoncé il y a peu. "Et donc vous pouvez exécuter ce type d'applications. Et quand nous aurons 400 qubits, vous pourrez le faire. Et quand vous aurez 10 000 qubits, vous pourrez le faire". Existe-t-il une sorte de formule de calcul permettant d'affirmer que l'ordinateur de recuit D-Wave existant peut exécuter quelque chose qui nécessiterait un nombre X de portes sur une machine à base de portes ?
Trevor: Je veux dire que la façon la plus claire de comparer est probablement d'utiliser un algorithme d'optimisation appelé QAOA. Il s'agit d'un algorithme d'optimisation approximative quantique qui a été développé pour l'ère NISQ, c'est-à-dire l'ère de l'informatique quantique bruyante à court terme. L'algorithme QAOA est conçu pour résoudre les problèmes d'optimisation sur un système de portes. Il permet donc de poser des problèmes aux solveurs de recuit quantique et de les poser aux solveurs basés sur les portes. Nous avons ainsi résolu de manière très efficace des problèmes bien plus importants que ceux qui peuvent être posés à la taille actuelle des ordinateurs à grille.
Trevor: Il existe donc un moyen de comparer le recuit et la grille, du moins en ce qui concerne l'espace d'optimisation. Mais ce que nous constatons, c'est qu'il s'agit de technologies complémentaires à bien des égards. Et c'est l'une des raisons pour lesquelles D-Wave est enthousiasmé par nos efforts dans le domaine du gate. Pour les problèmes d'optimisation, il est beaucoup plus logique, d'après ce que nous savons aujourd'hui, de résoudre ces problèmes avec une plateforme de recuit quantique, mais il y a des domaines comme la simulation quantique et la chimie quantique où les systèmes basés sur les portes sont vraiment... C'est dans ces domaines que nous pensons qu'une grande partie des premières applications et de l'attention sera portée à ces systèmes. Il y a donc des moyens de les comparer, mais ce sont vraiment des technologies complémentaires.
Yuval: Pour QAOA, quel est l'équivalent ? Vous pouvez exécuter un certain problème avec la machine de recuit quantique d'aujourd'hui. De combien de portes aurais-je besoin sur une machine à base de portes pour résoudre un problème de la même taille ?
Trevor: C'est une excellente question. Je veux dire, et cela dépend vraiment de la qualité de votre processeur, donc de ce que l'on appelle la profondeur de grille de vos circuits, ainsi que de la qualité des qubits individuels et des temps de cohérence de vos qubits. Il s'agit donc d'une question de fidélité des portes. Je ne peux donc pas vous donner de comparaison, comme une comparaison un à un, à moins d'avoir un peu plus d'informations sur la situation actuelle des systèmes de porte et sur ce que ce système de porte hypothétique devrait être pour nous concurrencer sur le QAOA.
Yuval: J'ai compris. Vous avez annoncé que vous travailliez sur un ordinateur à grille et c'est tout à fait logique. Évidemment, certains de vos clients pourraient venir vous voir et vous dire : "Nous aimons vos machines de recuit, mais nous avons ces problèmes pour lesquels les machines de recuit ne fonctionnent pas". Le fait de travailler dans le domaine du recuit quantique présente-t-il des avantages qui vous rendraient particulièrement qualifié pour développer une très bonne machine basée sur les portes ?
Trevor: Oui. La réponse est définitivement oui. Nous poursuivons une approche de modèle de porte basée sur la supraconductivité. Nous avons donc acquis une grande expérience dans la construction de processeurs et de circuits supraconducteurs à moyenne et grande échelle. De manière très concrète, nous disposons donc d'une capacité supraconductrice VLSI, d'une capacité d'intégration à très grande échelle. Notre avantage actuel dans la production de processeurs comporte un million de jonctions Josephson et des structures de câblage très sophistiquées pour faire fonctionner ces processeurs. Cette expérience de la construction de circuits de contrôle et de circuits supraconducteurs à grande échelle se répercute donc immédiatement sur notre effort en matière de portes d'accès. Nous construirons nos dispositifs dans une pile supraconductrice. Nous disposons donc d'une grande expérience en matière de fabrication, de test et de développement de cette capacité. Par ailleurs, l'étalonnage et la caractérisation de ces processeurs sont extrêmement importants.
Trevor: Nous devons donc mesurer et caractériser les qubits et les coupleurs individuels sur nos processeurs de recuit afin de pouvoir poser efficacement des problèmes au processeur et à ces étapes d'étalonnage. Nous avons dû en quelque sorte faire évoluer l'efficacité de notre étalonnage et de notre caractérisation au fil du temps, à mesure que le processus devenait plus sophistiqué. Il ne s'agit pas seulement de construire les circuits, mais aussi d'être capable de les faire fonctionner et de les contrôler d'une manière évolutive. Ainsi, l'expérience que nous avons acquise avec le développement du recuit, nous l'appliquons rapidement au développement de la grille, à la conception de la fabrication, puis au fonctionnement et à la caractérisation de ces processeurs.
Yuval: Quelle est votre meilleure estimation de la date et de la taille de votre machine à portique ?
Trevor: Il m'est difficile de répondre à cette question. Nous savons donc que ce sera un défi. Nous avons une sorte de feuille de route pour la production de circuits de porte, mais nous ne donnons aucune date à l'extérieur en ce qui concerne la feuille de route pour le moment où les clients pourront faire fonctionner des choses sur nos circuits. Nous sommes conscients qu'il s'agit d'une technologie difficile à développer et c'est l'une des raisons pour lesquelles nous ne communiquons pas encore de dates.
Yuval: Qu'est-ce qui, selon vous, freine l'informatique quantique aujourd'hui ?
Trevor: C'est une question intéressante. Je pense qu'il y a des défis fondamentaux de mise à l'échelle auxquels le domaine doit faire face, quelle que soit la manière dont vous mettez en œuvre l'informatique quantique. Nous devons atteindre l'échelle de plusieurs centaines de milliers à des millions de qubits physiques au cours des cinq à dix prochaines années afin de commencer à exécuter des algorithmes qui soient vraiment utiles en pratique. Il s'agit donc d'un défi de taille. Nous savons que nous avons besoin d'une correction d'erreur et que nous devons être en mesure de construire des qubits logiques qui ont une durée de vie beaucoup plus longue à partir de grands ensembles de qubits physiques, et les frais généraux liés à la correction d'erreur sont importants. Je pense donc qu'il y a un grand défi à relever pour trouver des techniques de correction d'erreurs pour les qubits physiques qui n'ont pas un surcoût aussi important.
Trevor: Et c'est une façon de commencer à s'attaquer au problème de la mise à l'échelle. De mon point de vue, la mise à l'échelle de ces circuits ou de ces implémentations jusqu'à ce qu'ils rivalisent avec les meilleurs superordinateurs pour résoudre des problèmes de chimie quantique, par exemple, et la mise au point de meilleurs moyens, schémas et stratégies pour corriger les erreurs de ces qubits physiques, sont les deux grands défis de l'informatique quantique. Du moins, c'est mon point de vue en tant que responsable du matériel qui construit la technologie. Je pense que si vous interrogez quelqu'un du côté des algorithmes, il vous dira qu'il y a un ensemble de défis similaires, à savoir relier les ordinateurs quantiques aux applications. C'est donc un domaine dans lequel nous avons beaucoup travaillé en interne chez D-Wave. Mais je pense qu'il y a encore beaucoup de développement à faire pour trouver des logiciels et des algorithmes qui peuvent fonctionner sur des ordinateurs quantiques. Si vous regardez où en est l'informatique classique, les logiciels dépassent de loin le matériel de croissance. Je pense que l'informatique quantique connaîtra une évolution similaire au cours de la prochaine décennie.
Yuval: L'aspect matériel de votre réponse est un peu idéaliste. D'un côté, c'est encourageant et de l'autre, c'est décourageant parce que vous dites : "Si nous avions un million de qubits et qu'ils étaient corrigés des erreurs, nous pourrions faire toutes ces choses merveilleuses". Mais ne pensez-vous pas que si j'ai 10 000 qubits et qu'ils ne sont pas aussi bruyants qu'aujourd'hui, mais que je peux au moins mesurer, caractériser et exécuter des algorithmes hybrides, alors il y aurait une valeur commerciale à exécuter des algorithmes dans des ordinateurs quantiques qui ne peuvent pas être exécutés aujourd'hui sur des ordinateurs classiques ?
Trevor: Absolument. Je pense qu'il y a vraiment une valeur à court et à moyen terme dans les circuits que nous construisons. Mais encore une fois, c'est là qu'intervient la deuxième partie de ma réponse, à savoir que nous avons besoin de plus de personnes pour réfléchir à ces algorithmes et à ces applications, afin qu'ils évoluent en même temps que le matériel se développe et s'améliore. Ainsi, ceux-ci évolueront au fur et à mesure que le matériel se développera et s'améliorera. Mais avant d'atteindre, disons, le million de qubits, nous nous attendons à ce que cette technologie soit très, très utile, mais il doit y avoir une coévolution des algorithmes et des logiciels en même temps que du matériel.
Yuval: Si je peux vous poser une question commerciale, je pense que vous êtes probablement les seuls à proposer des machines de recuit quantique. Lorsque les clients s'adressent à vous, ne craignent-ils pas qu'il n'y ait qu'un seul fournisseur, qu'il n'y ait pas d'alternative et que si vous cessez d'être disponibles, tous mes algorithmes seront perdus ?
Trevor: Je dirais que ce n'est pas la seule source. La réponse courte est donc non. Je veux dire que je ne suis pas aussi axé sur le client du côté de la technologie, mais d'après ce que j'entends de nos services professionnels et de notre équipe de vente, ce n'est pas ce que nous avons entendu. Mais ce que nous avons entendu, ce sont des clients qui veulent vraiment, au fur et à mesure que nous transférons des applications vers la production, ils veulent une certaine garantie de temps de fonctionnement. Ils veulent donc être sûrs que cette technologie, s'ils posent un problème et soumettent un problème à un service en nuage, il y a une très, très grande fiabilité que ce problème sera résolu. Il ne s'agit donc pas d'une source unique de recuit quantique jusqu'à présent, bien que cela puisse être un problème à mesure que nous développons plus d'applications et que plus de gens commencent à dépendre de la technologie, mais le retour que nous avons est que votre service est précieux.
Trevor: Nous voulons savoir comment nous allons garantir son fonctionnement. D'une certaine manière, pouvons-nous le traiter comme Amazon Web Services, où nous nous appuyons de plus en plus sur des ressources en nuage pour gérer de grandes parties de notre activité. Je ne sais donc pas si cela répond à votre question. Je pense que les gens se concentrent beaucoup plus sur le temps de fonctionnement et sur le fait que nous avons des solveurs et de la production en ce moment, et que nous avons certaines garanties, et de ce point de vue, et moins sur le fait que D-Wave Way est le seul fournisseur en ce moment et que c'est une préoccupation. Cela pourrait changer, c'est certain. Donc, à ma connaissance, cela n'a pas fait partie des discussions que j'ai eues avec les clients.
Yuval: Combien de temps faut-il pour obtenir une réponse ? Je sais que cela dépend de la complexité du circuit, mais si je soumets le circuit, que le système est en place et qu'il est correctement codé, combien de temps faut-il pour obtenir une réponse ?
Trevor: Il est également difficile de répondre à cette question, car, encore une fois, cela dépend du niveau de la pile logicielle et de l'interface à laquelle vous accédez à la technologie. Si vous voulez faire un appel unique à notre processeur de recuit quantique, vous appelez directement un problème d'optimisation et vous demandez à ce qu'il soit résolu sur le processeur avec toutes les, et encore une fois, cela dépend vraiment des latences du réseau. Mais si vous êtes n'importe où dans le monde et que vous avez accès à notre service en nuage, ce sera de l'ordre de plusieurs centaines de millisecondes, voire un peu moins d'une seconde. Encore une fois, cela dépend d'un certain nombre de facteurs, comme l'intensité de l'utilisation de la puce, le nombre de personnes qui soumettent des problèmes avec la puce, et la qualité de l'Internet à partir de l'endroit où vous soumettez le problème, par exemple. Mais il s'agit en quelque sorte d'estimations grossières, de l'ordre de quelques centaines de millisecondes.
Yuval: Existe-t-il une notion de temps de cycle en termes de nombre d'itérations par seconde ?
Trevor: Oui, nous sommes très attentifs au nombre de problèmes que nous résolvons par seconde. Et encore une fois, je veux dire qu'habituellement, la façon dont le flux de travail fonctionne est qu'il y a plusieurs processus qui appellent la puce et demandent des réponses en retour. Il y a donc quatre ou cinq, plusieurs dizaines d'utilisateurs qui soumettent des problèmes. Même un seul utilisateur peut résoudre ou soumettre une série de problèmes. En règle générale, nous recommandons de regrouper les problèmes en lots ou d'appeler la puce de manière asynchrone. Dans certains cas, ce n'est pas possible, mais s'il y a un moyen d'appeler tous les problèmes par lots à la puce, alors il y a un certain nombre de threads et d'avantages que nous pouvons en tirer.
Trevor: Si nous recevons une centaine de demandes d'utilisation de la puce en une seule fois, c'est beaucoup plus efficace que si vous codez et exécutez une boucle for sur votre ordinateur et appelez ces cent problèmes un par un. Parfois, vous avez besoin d'un retour d'information du processeur et de l'appel précédent à la puce pour décider de ce que vous allez faire ensuite, mais pas toujours. Et dans les cas où ce n'est pas le cas, il est préférable d'envoyer de manière asynchrone toutes ces tâches au processeur.
Yuval: Nous approchons donc de la fin de notre discussion. Je suis juste curieux de savoir combien de ces ordinateurs existent, si vous pouvez me le dire ?
Trevor: Je ne peux pas pour l'instant. Je veux dire que nous avons notre ancien solveur à faible bruit 2000 Q, et nous avons au moins un autre solveur qui est comme notre solveur avantageux actuel, qui est dans le nuage. Je ne sais pas si je peux trop parler des autres systèmes qui sont en ligne. Mais je pense qu'il y a deux systèmes principaux que les utilisateurs peuvent utiliser actuellement, à savoir notre ancienne technologie de 2000 qubits et notre nouvelle technologie Advantage de 5000 qubits. Si vous voulez en savoir plus, il faudrait que je vérifie avec notre équipe de vente ce que je suis autorisé à dire sur les autres solveurs et autres.
Yuval: Bien sûr, je comprends. Est-ce qu'un ordinateur nécessite beaucoup de maintenance ou, je veux dire, je suis sûr que du point de vue de l'API, je soumets simplement un travail et j'obtiens une réponse. Mais dans les coulisses, y a-t-il des tonnes de gens qui peaufinent les qubits, qui les nettoient, qui les refroidissent ou qui font quoi que ce soit de ce genre ?
Trevor: Pas vraiment de réglage fin. Je veux dire que j'ai parlé de notre procédure d'étalonnage, qui va du moment où nous recevons la puce et la plaçons dans un réfrigérateur jusqu'au moment où les clients rencontrent tous les problèmes. Il y a donc une procédure qui nous permet d'arriver à ce stade. Une fois que nous avons atteint ce stade, nous ne procédons qu'à très peu d'ajustements ou de réglages manuels. Il y a donc des suites de tests de diagnostic, bien sûr, qui tournent en arrière-plan, nous donnant des contrôles de santé et de cohérence sur la puce. Ensuite, la puce est logée dans une enceinte cryogénique afin d'être maintenue à des températures cryogéniques.
Trevor: Le réfrigérateur fait l'objet d'une maintenance régulière pour s'assurer que tous les systèmes de refroidissement sont sains et opérationnels. Mais je pense que nous évoluons à un point tel qu'une grande partie de ces opérations est automatisée. Le système nous prévient lorsque quelque chose ne va pas. Mais pour l'essentiel, les procédures automatisées consistent à vérifier, à s'assurer que tout est en bon état. Il n'y a pas de personne assise devant l'ordinateur qui tourne un cadran de quelque manière que ce soit, ce n'est tout simplement pas durable ou évolutif.
Yuval: J'apprécie vraiment que vous répondiez à cette série de questions. Comment peut-on vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?
Trevor: Il y a deux façons différentes. Vous pouvez nous contacter par le biais de notre site web principal. Mais je suis également heureux de répondre aux questions à mon adresse électronique. Mon adresse électronique est donc tlanting@dwavesys.com. Et je suis plus qu'heureux de répondre à des questions techniques ou à des questions sur D-Wave, n'importe quoi, c'est amusant de parler aux gens de l'informatique quantique.
Yuval: C'est excellent. Merci beaucoup de m'avoir rejoint aujourd'hui.
Trevor: Merci beaucoup, Yuval. C'était une excellente discussion.
A propos de "The Qubit Guy's Podcast" (Le podcast du gars de Qubit)
Animé par The Qubit Guy (Yuval Boger, notre directeur marketing), le podcast accueille des leaders d'opinion de l'informatique quantique pour discuter de questions commerciales et techniques qui ont un impact sur l'écosystème de l'informatique quantique. Nos invités fournissent des informations intéressantes sur les logiciels et algorithmes d'ordinateurs quantiques, le matériel informatique quantique, les applications clés de l'informatique quantique, les études de marché de l'industrie quantique et bien plus encore.
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