Le 13 février dernier, au Musée d'histoire de l'ordinateur, à Mountain View en Californie, Geordie Rose, le responsable scientifique de D-Wave Systems, fit une démonstration étonnante. Devant une foule de 300 personnes, Orion, l'ordinateur quantique le plus puissant de la planète, s'attaqua à trois problèmes : l'identification, à partir d'une base de données, de la protéine la plus proche d'une cible, le placement des invités à une réception d'après mariage et la solution d'un problème de sodoku. Bien que la machine demanda au moins 100 fois plus de temps qu'un ordinateur personnel moyen pour résoudre ces problèmes, l'opération fut déclarée un succès par les organisateurs; il s'agissait avant tout de montrer que le principe tient la route.
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L'idée de l'ordinateur quantique remonte à une trentaine d'années, alors que la miniaturisation continue des transistors laissait penser qu'on atteindrait bientôt une taille où la mécanique quantique d'Heisenberg et de Schrödinger prend le dessus sur la physique de Newton et de Maxwell. Dans ce monde, les éléments de calcul (les bits) n'ont pas à choisir entre l'état 0 ou 1, ils peuvent exister dans les deux états à la fois, ce qu'on appelle un état de superposition. Si deux bits sont partagent un même état quantique de superposition, le nombre d'états visités en même temps atteint alors 4 (00, 01, 10 et 11) tandis qu'un ordinateur classique avec n'importe quel nombre de bits ne peut visiter qu'un seul état à la fois. On commence déjà à voir la tendance :
un ordinateur quantique de n bits peut exister dans 2n à la fois. C'est cette propriété du monde quantique (voir un billet que j'ai écrit l'an dernier sur le sujet) qui rend l'ordinateur quantique si intéressant pour la résolution de problèmes qui exigent l'énumération d'un grand nombre de solutions possible (comme résoudre un problème de sodoku) : au lieu d'étudier séquentiellement une solution après l'autre, comme le ferait un ordinateur classique, l'ordinateur quantique peut tout visiter d'un coup, donnant la solution presque instantanément.
Le modèle proposé par D-Wave Systems compte 16 bits supraconducteurs disposés sur une grille carrée et maintenus à une température proche du zéro absolu (-273,15 degrés C). Chaque élément est connecté à ses voisins au nord, sud, est et ouest, ainsi qu'à ses deuxièmes voisins, placés sur les diagonales. On programme l'ordinateur en appliquant un champ magnétique qui définit les relations entre ces bits quantiques (ou qbits). À partir d'un champ nul, on augmente doucement les interactions ce qui permet au système d'atterrir dans l'état de moindre énergie correspondant à la solution du problème. Évidemment, ceci nous limite à des problèmes qui peuvent être énoncés dans ce format bien précis, ce qui n'est pas toujours le cas, mais c'est déjà un pas dans la bonne direction.
Bien qu'il soit assez facile de donner les grandes lignes du fonctionnement de cet appareil, ça se gâte lorsqu'on désire mettre la théorie en pratique. En effet, un ordinateur doit résister au bruit afin de maintenir un état cohérent qui visite tous les états possibles. En cas d'erreur, la magie quantique s'évapore et l'ordinateur retombe dans un état donné bien défini, tel un ordinateur classique. S'il est assez facile de maintenir quelques bits dans un état cohérent, la difficulté augmente rapidement avec la taille et l'ordinateur Orion, avec ses 16 bits, représente un tour de force! Non contente d'éblouir les spectateurs, l'équipe de D-Wave annonça que l'ordinateur atteindrait la taille impensable de 1024 qbits d'ici un an.
Devant une telle démonstration et un optimisme sans borne, les sceptiques sont nombreux. En effet, l'ordinateur est resté bien au froid dans les laboratoires de la compagnie et les spectateurs n'eurent droit qu'à une image vidéo d'un grand thermos en acier inoxydable contenant le dispositif mystérieux. Quant aux données, elles furent traitées, à l'envoi et à la réception, par un ordinateur tout ce qu'il y a de plus classique. Les spécialistes ne purent donc assouvir leur curiosité en jetant un coup d'oeil à l'appareil ou effectuant quelques tests fondamentaux qui auraient permis de vérifier s'il s'agit bien d'un dispositif quantique.
En attendant des vérifications sérieuses, on se retrouve un peu comme devant le Turk. Est-ce qu'Orion est un vrai ordinateur quantique et est-ce qu'on pourra vraiment construire l'ordinateur annoncé par la compagnie canadienne? Je ne le sais pas. Quoi qu'il en soit, Geordie Rose et ses collaborateurs ont su capter notre attention et mettre l'ordinateur quantique au-devant de la scène en proposant, pour la première fois, des problèmes d'intérêt général. C'est déjà tout un exploit!
