Bitcoin Magazine Le problème quantique : vous ne connaissez jamais vraiment l'avenir. Le problème quantique : Shinobi réfléchit aux raisons pour lesquelles il pourrait réellement être possible qu'un ordinateur quantique viable soit construit dans un avenir proche.
Magazine Bitcoin
La question quantique : on ne connaît jamais vraiment l’avenir
Les gens se demandent depuis plus d’une décennie si un ordinateur quantique représente une menace réaliste pour le réseau Bitcoin. C’était un sujet de conversation sérieux il y a plus de 13 ans lorsque j’ai moi-même découvert Bitcoin pour la première fois.
Il y a eu beaucoup de progrès, tant en termes de théorie que d'ingénierie du monde réel, depuis longtemps, lorsque j'étais juste un idiot maladroit essayant de comprendre ce qui se passait ici.
Deux étapes majeures ont été franchies depuis lors, qui font une différence significative dans la probabilité qu'un ordinateur quantique viable soit réellement produit au cours de la prochaine décennie. Cela ne signifie pas nécessairement qu’il atteindra un point d’omniprésence, ni même une relative facilité d’accès pour ceux qui disposent de capitaux importants.
Mais il est fort possible qu’un certain nombre de machines viables soient produites dans un avenir proche.
Améliorations de la correction des erreurs
La première amélioration majeure concerne la correction des erreurs. Pour tenir compte du bruit inhérent au travail avec des objets à cette échelle minuscule, obtenir un qubit logique utile dans le calcul nécessite en pratique l'utilisation de plusieurs qubits physiques redondants.
La méthode la plus avancée pour y parvenir était les codes de surface, une façon de regrouper plusieurs qubits physiques dans une grille et d'utiliser certains d'entre eux comme qubits de contrôle qui « vérifient » périodiquement leurs voisins pour garantir qu'aucune erreur interne dans la superposition ne s'est produite (sans effondrer la superposition). Les espaces vides de chaque grille doivent être remplis de qubits de contrôle.
Cette exigence de qubit de contrôle crée une surcharge supplémentaire qui peut atteindre près de 1 000 qubits physiques par qubit logique au total, et cela devient mauvais à grande échelle car les qubits de contrôle ne peuvent vérifier que les qubits immédiatement à côté d'eux. Ainsi, chaque groupe de qubits doit avoir des pions équidistants.
Les codes de contrôle de parité quantique à faible densité (qLDPC) suppriment ce goulot d'étranglement, permettant aux qubits de contrôle de vérifier d'autres qubits à de grandes distances (soit via des traces entrelacées pour communiquer entre les sections de puce, soit en déplaçant physiquement des atomes comme avec la conception d'atomes neutres) à travers l'appareil. Cela a permis de réduire de 10 fois la quantité de qubits physiques nécessaires pour produire un qubit logique fiable.
Ce n’est pas quelque chose à dédaigner. Même s’il ne s’agit peut-être pas d’une machine entièrement fonctionnelle qui progresse vers une plus grande efficacité, ce sont les gains d’efficacité matérielle dans les processus d’ingénierie qui sous-tendent la production d’un ordinateur quantique entièrement fonctionnel.
Progrès dans la preuve des principes fondamentaux
La seconde concerne une question plus fondamentale autour de l’affirmation selon laquelle l’ajout de qubits physiques entraîne une réduction du bruit global dans le système plutôt qu’une augmentation. À ce stade, il s’agit encore d’une théorie, et vous devez garder à l’esprit qu’à ce jour, il n’y a jamais eu d’ordinateur quantique entièrement fonctionnel capable d’effectuer de bout en bout un calcul dont un ordinateur classique est incapable.
Google a réalisé une expérience en utilisant ses puces Sycamore (et plus tard Willow) pour vérifier expérimentalement l'effet de l'ajout de qubits physiques supplémentaires. Pour être très clair, il ne s’agissait pas d’une démonstration d’exécution de calculs, mais simplement d’une démonstration de stockage d’informations en mémoire sans qu’elles ne se dégradent.
Ils ont démontré, grâce à l’utilisation de qubits logiques composés d’un ensemble de 17 qubits physiques, d’un ensemble de 49 qubits physiques et d’un ensemble de 101 qubits physiques, que le taux d’erreur logique, c’est-à-dire la fréquence de corruption des données, diminuait à mesure que le nombre de qubits physiques augmentait. Ce test a dépassé un seuil critique, où le qubit logique créé à partir des qubits physiques indépendants a maintenu sa cohérence plus longtemps que n'importe quel qubit physique individuel qui le composait.
Là encore, il ne s’agit pas d’un saut vers un ordinateur quantique entièrement fonctionnel effectuant des calculs dont les machines classiques sont incapables de réaliser, mais il s’agit d’un progrès matériel qui prouve l’une des hypothèses fondamentales qui sous-tendent les ordinateurs quantiques.
IA
Ce ne sont pas non plus les seules choses auxquelles nous trouvons de meilleures solutions dans cet espace problématique. L’intelligence artificielle est devenue un élément important de ces systèmes. Il est utilisé dans le processus même de lecture et de décodage des informations provenant d’un ordinateur quantique, ce qui constitue un goulot d’étranglement majeur pour pouvoir réellement l’utiliser à grande échelle.
L’IA est également utilisée dans le développement de nouveaux algorithmes quantiques optimisés pour ce type de machines, et compte tenu de la récente vague d’IA aidant à résoudre (ou même à réfuter les conjectures existantes) des problèmes majeurs dans le domaine des mathématiques, il n’est pas vraiment fou d’envisager la possibilité d’avancées majeures provoquées par l’IA.
Ils sont utilisés de la même manière dans la conception de circuits quantiques physiques réels construits à l’aide d’architectures différentes. Il s'agit en fait d'un problème très complexe : trouver la manière optimale de disposer des portes quantiques dans un espace physique afin de minimiser le bruit au niveau quantique, sans créer autant d'espace vide que d'introduire de la latence, de l'inefficacité et d'autres problèmes à résoudre.
Il s’agit d’un facteur qui pourrait très bien accélérer les progrès dans la résolution des problèmes fondamentaux nécessaires.
Perspectives d'avenir
En fin de compte, à mon avis, cela se résume à une seule question : l’hypothèse selon laquelle l’ajout de qubits physiques réduit le bruit est-elle réellement valable lorsqu’il s’agit de calcul et de manipulation active de l’information quantique ?
Si cette hypothèse est vraie et n’est pas réfutée expérimentalement dans un avenir proche, alors je pense qu’il existe des arguments très réalistes pour qu’un ordinateur quantique viable soit produit dans les dix prochaines années.
Une quantité massive de ressources est consacrée à ce problème, des progrès significatifs (mais pas écrasants) dans la résolution de certaines parties du problème, et s'il existe fondamentalement un moyen de faire quelque chose, les êtres humains le découvrent généralement.
Je ne dis pas qu’il est temps de paniquer, mais n’écartez pas cette possibilité.
Cet article est présenté dans la dernière édition imprimée du magazine Bitcoin, The Quantum Issue. Nous le partageons ici comme un premier aperçu des idées explorées tout au long du numéro complet.