Le marché haussier de l'informatique quantique

Une célèbre personnalité de la télévision qui anime une émission sur les actions et les investissements aime affirmer qu'« il y a toujours un marché haussier quelque part », impliquant qu'il est toujours possible de trouver un secteur qui suscite beaucoup d'intérêt de la part des investisseurs. Étant donné que le marché boursier américain a récemment connu sa pire année depuis 2008, on pourrait penser que cet adage a été réfuté. Pourtant, je dirais que l'engouement pour l'informatique quantique est l'un des domaines où l'on peut trouver un marché haussier en ce moment.

L'événement qui semble avoir stimulé l'engouement pour l'informatique quantique est l'attribution du prix Nobel de physique 2022 au physicien français Alain Aspect, à l'Autrichien Anton Zeilinger et à l'Américain John Clauser pour leurs travaux sur les particules quantiques intriquées. Les particules quantiques intriquées sont au cœur de l'informatique quantique.

On pensait qu'une fois les bogues résolus, les ordinateurs quantiques pourraient ouvrir de nouvelles frontières en mathématiques et révolutionner le développement de médicaments et de produits chimiques industriels. Mais c'est le côté plus sombre de l'informatique quantique qui semble avoir stimulé l'imagination des experts : la crainte est que les ordinateurs quantiques puissent casser tous les protocoles de cryptage actuellement utilisés, causant ainsi toutes sortes de ravages. Les clés cryptographiques protègent la plupart des communications en ligne, y compris les transactions financières et les applications de messagerie textuelle les plus populaires. Un ordinateur quantique pratique pourrait vraisemblablement déchiffrer ces clés en moins d'une journée. Le PDG d'une importante société de cybersécurité a récemment indiqué que des criminels et d'autres acteurs mal intentionnés menaient déjà des attaques de type « stocker maintenant - déchiffrer plus tard », où les données sont volées maintenant pour être décryptées plus tard à l'aide d'ordinateurs quantiques qui restent à construire.

Le département de la sécurité intérieure affirme que ce type de décryptage pourrait être possible d'ici à 2030. C'est un casse-tête pour les entités qui possèdent beaucoup de données propriétaires cryptées — les institutions militaires, gouvernementales, financières et de renseignement sont probablement nerveuses à propos de l'informatique quantique. Il n'est donc pas étonnant que le NIST ait lancé un centre d'excellence en cybersécurité, le National Cybersecurity Center of Excellence. Son objectif est de développer une cryptographie post-quantique que les ordinateurs quantiques ne pourront pas déchiffrer.

Avant d'hyperventiler sur les dangers de l'informatique quantique dans sept ans, il peut être utile de faire le point sur l'état actuel de la technologie. Un chercheur de l'université Keio de Tokyo aurait déclaré que l'informatique quantique se trouve aujourd'hui à un stade similaire à celui qu'a connu l'informatique classique à la fin des années 1980. Mais je dirais que c'est faire preuve de générosité. Alors que les ordinateurs étaient vendus en magasins au grand public à la fin des années 1980, les ordinateurs quantiques n'existent aujourd'hui que dans des laboratoires et doivent être manipulés par des équipes de chercheurs. Et actuellement, les ordinateurs quantiques sont à la fois petits en termes de calcul — le plus grand est l'IBM Osprey avec 433 qubits — et « bruyants », ce qui signifie qu'ils échouent dans presque toutes les tâches.

Prenons l'exemple d'un ordinateur quantique appelé Sycamore, développé par Google. Il est actuellement doté d'un processeur de 54 qubits et doit rester dans un cylindre d'azote liquide de 1,8 mètre de haut pendant au moins une journée avant que les composants supraconducteurs dont il dépend ne deviennent suffisamment stables pour être utilisés. Selon les rapports, l'une des réalisations de Sycamore est sa capacité à compter jusqu'à quatre. Et le processeur Sycamore commettrait en moyenne une erreur toutes les mille étapes environ.

Bien entendu, un travail utile sur un ordinateur quantique nécessite bien plus qu'un millier d'étapes. Les algorithmes exécutés par les ordinateurs quantiques consistent essentiellement en des multiplications de matrices et de vecteurs. Pour obtenir des résultats significatifs, un programme doit être exécuté des dizaines de milliers de fois, après quoi des techniques de traitement des signaux permettent de trier les résultats depuis une montagne de données.

La tolérance aux erreurs est un enjeu majeur pour les ordinateurs quantiques, en raison du nombre d'erreurs commises par les machines quantiques actuelles. On pourrait penser que la situation peut être améliorée en inspectant l'état des qubits pendant que le processeur fonctionne. Le problème est que la mesure d'un qubit entraîne une détérioration des calculs. Et ce ne sont pas seulement les mesures effectuées par des observateurs conscients qui posent problème ; il existe un grand nombre d'interactions avec l'environnement qui faussent les résultats de la même manière.

Certains chercheurs pensent que nous pourrions voir le premier qubit entièrement tolérant aux erreurs dans un an environ. Cependant, les ordinateurs capables d'héberger des qubits tolérants aux erreurs seront, dans un avenir proche, probablement massifs. Par exemple, Google a des plans pour un ordinateur quantique qui sera placé dans un congélateur de la taille d'un garage de voiture.

Ces facteurs me rappellent les propos de mon premier supérieur technique. Il aimait dire aux jeunes ingénieurs trop optimistes de son équipe : « Vous avez des problèmes dont vous ne soupçonnez même pas l'existence », lorsqu'il s'agissait de leur premier projet de conception important.

Cette observation peut également s'appliquer aux ordinateurs quantiques qui peuvent être davantage assimilés à des efforts de recherche qu'à des précurseurs de crypto-pirates. Il est possible que les ordinateurs quantiques présentent un jour ce type de capacités de super-décryptage qui inquiètent le département de la sécurité intérieure. Mais mon ancien supérieur pourrait balayer l'échéance de sept ans comme il a balayé l'exubérance de ses ingénieurs encore inexpérimentés.