Les records pleuvent dans le monde de l’informatique quantique. Au rythme des mois, les calculateurs "les plus puissants du marché" se succèdent. IBM et Honeywell, notamment, affichent régulièrement leurs progrès, brandissant l’évolution du volume quantique de leurs machines. Dernière annonce en date : le 29 octobre, Honeywell a annoncé avoir atteint un volume quantique de 128, contre 64 précédemment. Un mois à peine après que la start-up américaine IonQ a revendiqué un volume quantique de… 4 millions, sans préciser de quelle manière.
Cette unité de mesure, mise en place en 2017 par IBM pour évaluer la puissance d’un calculateur quantique, est présentée par certains comme la mesure de référence de la course au calcul quantique. Elle est pourtant boudée par d’autres, notamment Google, qui ne l’utilise jamais dans ses communications. Présenté comme trop sommaire par plusieurs experts, comme le professeur du MIT Scott Aaronson, le volume quantique aurait un intérêt scientifique limité.
"Ce téléphone a une puissance de 142"
"Cet indicateur est trop simpliste, argue Olivier Ezratty, consultant et auteur du livre Comprendre l’informatique quantique. Il oblige à regarder comment il a été obtenu pour avoir de réelles informations sur la machine." Car la performance d’un calculateur quantique dépend de nombreux paramètres : le nombre de qubits, le nombre de calculs qu'ils peuvent enchaîner (appelés portes logiques), la manière dont ils sont reliés entre eux (la connectivité), leur taux d’erreur…
"Cela revient à dire : ce téléphone a une puissance de 142, illustre le consultant. Cela ne donne aucune information sur la taille de l’écran, le processeur ou la qualité de l’appareil photo."
N puissance X
Pour IBM, ce gommage des données techniques relève d’une volonté de lisibilité. "C’est une valeur compréhensible par nos clients, explique Olivier Hess, directeur du hub quantique d’IBM a Montpellier (Hérault). Nous n’avons jamais présenté le volume quantique comme un barème universel pour estimer la performance des calculateurs quantiques : c’est un outil permettant de mesurer les progrès réalisés."
Le volume quantique est "le résultat d'une mesure", rappelle Olivier Hess. Et non pas une combinaison de paramètres fixes propres à un calculateur. Cette mesure est basée sur un calcul prétexte servant de banc d'essai (benchmark) : un algorithme défini par IBM à la création du volume quantique. Lorsqu'un calculateur quantique cherche à résoudre ce problème, le volume quantique mesure combien de qubits parviennent à enchaîner un certain nombre de calculs avec un taux d'erreur limité. Pour un calculateur de N qubits capable d’enchainer X portes logiques, le volume quantique sera égal à N puissance X.
Le Problème de la connectivité
De la même manière que le TOP500 classe les supercalculateurs "les plus puissants du monde" d'après le temps qu'ils mettent à résoudre un problème mathématique donné, le volume quantique vise à estimer les performances des systèmes quantiques dans un certain contexte, défini par un algorithme partagé par tous.
Lors de ce calcul, explique IBM, tous les facteurs influant sur la stabilité du système sont pris en compte. Tous ? "Contrairement à IBM, Honeywell et IonQ ont des machines où chaque qubit est relié à tous les autres, avance Olivier Ezratty. Cela permet de réduire le nombre de calculs nécessaires pour résoudre un algorithme, donc d'optimiser le système, mais cela n'entre pas en compte dans le calcul du volume quantique."
Vitesse des progrès en trompe-l’œil
La définition du volume quantique explique pourquoi IBM et Honeywell pouvaient jusque-là afficher des valeurs équivalentes, alors que leurs machines comptaient respectivement 27 et 6 qubits. Le système d’IBM, composé de nombreux bits quantiques, pouvait enchaîner moins de calculs que celui d’Honeywell. "L’impact n’est pas le même entre un système avec beaucoup de qubits et peu de portes ou inversement, soulève Olivier Erzatty. Certains algorithmes pourront fonctionner sur un système, mais pas sur l’autre."
Outre ce paradoxe, le consultant soulève un problème… de communication. "Depuis le début de l’année, nous comptons déjà trois annonces vantant la fabrication de l’ordinateur quantique le plus puissant du monde, déplore-t-il. Cela va rendre la communication illisible et pourra générer un trompe-l’œil sur la vitesse des progrès réalisés."
Car les calculateurs quantiques, selon leurs modalités de fabrication, trouvent des usages différents dans la simulation, l’optimisation, la résolution de problèmes mathématiques… Difficile de les classer définitivement : les particularités de chacun rendent la comparaison malaisée, parfois impossible. "L’important est de réaliser des calculs qui ont un intérêt applicatif", rappelle Olivier Erzatty. Il prend comme exemple Google qui, plutôt que vanter une prétendue puissance, communique sur les calculs réalisés par ses machines. Un exemple intéressant à suivre.
