Dans ce nouvel article concernant notre nouveau projet Gros calcul Épisode de podcast, Gabriel Broner accueille Steve Reinhardt pour discuter de l'informatique quantique. Écoutez la conversation sur ce que sont les ordinateurs quantiques, quels problèmes peuvent être résolus plusieurs fois plus rapidement qu'avec les ordinateurs traditionnels, où en sommes-nous aujourd'hui et ce que l'avenir nous réserve.
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Aperçu et commentaires clés
Les ordinateurs quantiques tirent parti des effets quantiques pour paralléliser le traitement séquentiel des ordinateurs hautes performances traditionnels. Cela permet de résoudre des problèmes difficiles tels que la rupture de codes cryptographiques et de trouver des solutions optimales dans des optimisations complexes.
Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?
« Un ordinateur quantique est un ordinateur qui exploite les effets quantiques comme la superposition : les ordinateurs quantiques sont construits à partir de bits quantiques ou qubits, qui peuvent être 0 ou 1, mais ils peuvent aussi être 0 et 1 en même temps. Les effets supplémentaires dont profitent les ordinateurs quantiques sont l’intrication et le tunnel quantique.
« Il existe deux architectures principales : le modèle de porte et les machines de recuit quantique. Les machines à portes ressemblent davantage à l’ordinateur classique. Dans les machines de recuit quantique, vous spécifiez un paysage énergétique et le recuit trouve un état de faible énergie. Les ordinateurs du modèle Gate nécessitent plus de qubits de fidélité et ils se situent aujourd'hui entre 50 et 70 qubits. Les machines de recuit quantique ne nécessitent pas de haute fidélité et disposent aujourd’hui d’environ 2000 XNUMX qubits.
Quels problèmes peuvent être résolus ?
« Les ordinateurs classiques hautes performances résolvent les équations aux dérivées partielles en gérant correctement les opérations en virgule flottante. Les ordinateurs quantiques ne résoudront pas ces problèmes. Ce n'est pas un bon match.
« Les types de problèmes pour lesquels les ordinateurs quantiques seront utiles se situent dans le domaine de l’optimisation combinatoire. Un problème classique est celui du vendeur itinérant, qui doit visiter de nombreuses villes et minimiser les coûts. Un problème similaire concerne la sélection des équipes, ou la manière de sélectionner les joueurs pour maximiser les chances de remporter la ligue. Un autre domaine problématique est la satisfaction des contraintes où l’objectif est de trouver une réponse qui fonctionne. Un exemple est la factorisation de grands nombres qui peut être utilisée pour briser le cryptage.
Quels sont les résultats obtenus ?
« Pour les problèmes structurés de manière conviviale, les résultats sont 1,000 XNUMX fois plus rapides. Pour les problèmes du monde réel, nous sommes à peu près à parité. Les améliorations à chaque génération sont drastiques.
Où sommes-nous aujourd'hui?
« Il est ridiculement tôt. Pensez aux ordinateurs classiques apparus dans les années 40. La taille d'un octet n'a été standardisée que dans les années 60. Nous sommes maintenant dans les années 50 des ordinateurs quantiques. Nous n'avons pas encore de FORTRAN. Il y a beaucoup de possibilités. De nombreuses expérimentations sont en cours. Grâce à l’expérience acquise avec les ordinateurs traditionnels, nous nous attendons à ce que ce développement aille beaucoup plus vite.
Faut-il bientôt s’attendre à des ordinateurs quantiques autonomes ?
« Pendant des décennies, les ordinateurs quantiques seront utilisés en mode hybride avec les ordinateurs classiques. Ainsi, en tant que développeur, vous n'avez pas à résoudre votre problème dans son intégralité. Vous pouvez voir où le temps est consacré au calcul et déplacer ces modèles vers des ordinateurs quantiques. Ces modules peuvent être optimisés pour être des milliards de fois plus rapides.
Quels sont les défis?
- « Dans le monde informatique classique, nous sommes en mesure d’utiliser des éléments majeurs de technologies antérieures et de modifier quelques sous-systèmes pour la génération suivante. Avec les ordinateurs quantiques, comme nous n’avons pas de problèmes initiaux pour fournir les performances, il est difficile de savoir quelles dimensions améliorer ensuite. Nous devons travailler avec les clients, faire évoluer nos systèmes très rapidement et faire les bons choix, et ce n’est pas facile à faire.
- « Pour les systèmes de modélisation de portes, la correction des erreurs constitue un défi majeur. C'est un système numérique qui dépend de l'exactitude numérique, mais les qubits comportent un certain degré d'erreur. La meilleure idée est d’utiliser 10 à 100 qubits physiques pour créer un seul qubit corrigé des erreurs, mais le problème est que les systèmes disposent aujourd’hui de l’ordre de 50 qubits physiques.
- « Les problèmes du monde réel vont être plus importants que les puces dont nous disposons. Comment décomposer des problèmes plus vastes pour utiliser les systèmes disponibles.
- « Les experts en la matière tels que les biologistes, les chimistes ou les physiciens ne sont pas des experts en informatique quantique. Comment prendre un problème et le cartographier dans un ordinateur quantique.
Les ordinateurs quantiques seront-ils dans le cloud ?
« L'accès au cloud est obligatoire pour obtenir un accès large et pour inciter un grand nombre de personnes à utiliser cette technologie. Puisque nous nous attendons à un monde hybride pendant de nombreuses années, l’ordinateur classique enverra des pièces à l’ordinateur quantique, la latence de cette connexion est donc un problème de premier ordre, et les problèmes de colocalisation et de planification devront être résolus efficacement.
À quoi faut-il s’attendre dans les prochaines années ?
« Nous sommes dans 3 à 5 ans avant l’utilisation générale des ordinateurs quantiques. La correction des erreurs peut prendre plus de 10 ans. Les avantages pour le premier groupe d'applications seront très importants et une fois que cela sera prouvé, d'autres personnes migreront très rapidement.
Steve Reinhardt
Steve Reinhard possède de nombreuses années d'expérience dans le calcul haute performance, notamment en tant que directeur chez Cray. Depuis quatre ans, il est directeur des outils logiciels chez D-Wave, une société d'informatique quantique.
Gabriel Broner
Gabriel Broner est vice-président et directeur général du HPC chez Rescale. Avant de rejoindre Rescale en juillet 2017, Gabriel a passé 25 ans dans l'industrie en tant qu'architecte de système d'exploitation chez Cray, directeur général chez Microsoft, responsable de l'innovation chez Ericsson et vice-président et directeur général du HPC chez SGI/HPE.
