Pourquoi vous préoccupez-vous du benchmarking des ordinateurs quantiques alors que ceux-ci ne sont pas encore une réalité pour l’industrie ?
L’objectif est de préparer d’ores-et-déjà ces benchmarks, de vérifier qu’ils fonctionnent sur les machines existantes, même si celles-ci disposent de peu de qubits, et de suivre l’évolution des performances. Nous avons commencé en avance de phase avec Eviden, qui a mis au point Q-Score il y a deux ans. Ce test mesure la capacité à résoudre l’algorithme MaxCut sur un graphe de N dimensions avec une précision acceptable.
A la demande du LNE, notre projet sera orienté vers les applications et impliquera des métriques qui font sens pour l’utilisateur final. A la vue des évaluations, celui-ci pourra identifier des machines désormais capables de traiter ses problèmes à l’échelle qu’il souhaite. Ce benchmark sera ouvert, géré par le LNE, et mis à disposition des utilisateurs et des fournisseurs des ordinateurs quantiques qui feront les tests. Notre part du travail est de définir les métriques et les protocoles.
Le LNE dirige aussi le programme MetriQs-France. Quelle est la différence ?
MetriQs-France est le programme national de benchmarking de toutes les technologies quantiques : capteurs, télécoms, dispositifs habilitants… BACQ s’inscrit dans ce programme.
Pouvez-vous détailler votre méthodologie ?
Notre approche sera multi-critères et tiendra compte de l’énergie consommée, de la précision de calcul, du temps de calcul, de l’influence du bruit sur les performances… Ces critères seront agrégés par Myriad, un outil de Thales qui a l’avantage d’être transparent : on pourra expliquer à la fois la modèle d’agrégation et la note. Par ailleurs, le système de notation pourrait être adapté à divers segments de marché – chimie, électronique… - qui n’ont pas les mêmes attentes.
Quatre types de problème seront traités : la simulation de modèles de physique quantique, dont la simulation de l’équation de Schrödinger pour la chimie fine par exemple, l’optimisation, dont fait partie le machine learning, la résolution des systèmes linéaires basés sur des équations aux dérivées partielles, appliquées à l’électromagnétisme ou encore à la mécanique des fluides, et enfin la factorisation, utile à la cryptoanalyse, etc.
L’ensemble est assez générique mais d’assez haut niveau pour que l’utilisateur final s’y retrouve. De ce point de vue, on se démarque de ce qui est fait aux Etats-Unis par exemple : montrer que la transformée de Fourier quantique est accélérée d’un facteur 10 ne renseigne pas forcément l’utilisateur sur le problème qu’il peut résoudre. Nous prendrons contact avec les fournisseurs d’ordinateurs quantiques pour connaître leur opinion sur ces tests, la façon de les déployer sur leurs machines... Pour le moment, nous avons montré que Q-Score fonctionne sur ces machines.
Tous les calculateurs quantiques sont-ils comparables ?
On fera sans doute une segmentation entre les machines analogiques (le système Fresnel de Pasqal par exemple, ndlr) et les machines à portes. De façon générale, la résolution des problèmes sera comparable sur une même machine ou plusieurs machines seront comparables sur le même problème.
Il faut comprendre que notre outil Myriad ne réalise pas une simple pondération des notes : les métriques sont « adimensionnées », c’est-à-dire que tout est ramené entre 0 et 1. Si une machine atteint la limite de précision acceptable fixée à telle valeur et qu’une autre machine dépasse d’un facteur 2 cette valeur, elle n’est pas deux fois plus mauvaise : ces deux solutions sont aussi mauvaises l’une que l’autre. On évite ainsi les soucis de sous- ou sur-pondération pour tel ou tel critère.
On peut aussi poser des critères « veto », qui l’emportent sur tous les autres : si ces critères produisent de mauvais résultats, toute la solution sera considérée inadaptée. Myriad peut aussi tenir compte des préférences des utilisateurs, par exemple la meilleure note pour tel ou tel critère.
Quel est le rôle des différents partenaires dans ce projet ?
Thales pilote le projet, fournit l’outil Myriad et élaborera les tests concernant l’optimisation et la résolution des systèmes linéaires. Eviden se concentre sur le Q-Score existant pour l’optimisation et va l’étendre à la simulation physique quantique. Le CEA proposera des métriques pour les quatre problèmes mentionnés.
Le CNRS, par l’intermédiaire d’Alexia Auffèves (qui dirige l’Energy quantum initiative ou EQI, ndlr), se penchera sur le critère énergétique pour la résolution des systèmes linéaires, uniquement pour les ordinateurs à portes. L’association Teratec, quant à elle, interagira avec les utilisateurs finaux et les équipes de recherche dans le monde qui abordent le même sujet.
Aurez-vous accès à des ordinateurs quantiques pour développer vos tests ?
Nous utiliserons les ordinateurs quantiques achetés par Genci, dans le cadre de HQI (hybrid quantum initiative), et déployés au Très grand centre de calcul (TGCC) du CEA. Il s’agira dans un premier temps d’une machine de Pasqal, puis d’une deuxième machine d’un autre fournisseur.
Le TGCC est aussi en contact avec six clusters de calcul financés par l’Europe. Ces centres feront l’acquisition d’ordinateurs quantiques avec des technologies de qubits différentes, auxquels nous aurons accès grâce à des accords.
Le code sera-t-il disponible pour que ses utilisateurs puissent s’assurer qu’il est neutre et fiable ?
Un site internet dédié mettra probablement à disposition les protocoles et le code du benchmark. Le but est de faire adhérer le maximum de pays, en particulier européens, à ce benchmark, et d’aboutir à un consensus.
Nous prévoyons aussi des publications scientifiques, expliquant dans le détail ce benchmark, et les éléments alimenteront les groupes de travail sur les normes et les standards, au plan français- avec l’Afnor - et européen. Teratec et le LNE serviront d’interface avec les organismes de standardisation.
