Quantum Computing Playground : un simulateur d’ordinateur quantique pour apprendre la programmation

QCP : un simulateur d’ordinateur quantique pour apprendre la programmation quantique
le projet de Google permet de simuler un ordinateur de 22 qubits

Vous avez sans doute déjà entendu parler d’ordinateur ou de calculateur quantique, cet outil de calcul très puissant en mesure de résoudre les problèmes algorithmiques les plus complexes, en se basant sur le principe de la superposition d’états quantiques et sur les équivalents des bits actuels : les qubits.

Mythe ou réalité, l’ordinateur quantique serait-il la prochaine révolution ? Pour l’heure, l’élaboration d’un tel calculateur reste difficile et n’est à la portée que de quelques chercheurs. Quant à d’éventuels programmes quantiques, ils ne sont pas nombreux, la faute à une programmation quantique sensiblement différente de celle que l’on connait.

C’est dans ce cadre que s’inscrit le nouveau projet de Google : Quantum Computing Playground (QCP), le projet a été porté par Greg Wroblewski et Laura Culp et permet de simuler un ordinateur quantique de 22 qubits qui sert de support pour un IDE.

L’IDE comporte un langage de script spécifique ainsi qu’un débuggeur, de plus il permet de visualiser les états des qubits en 2D et en 3D, sans oublier que QCP permet d’exécuter certains algorithmes qui démontrent le potentiel d’un calculateur quantique comme : l’algorithme de Grover et de Shor.

L’ensemble de cet environnement permet donc aux quelques développeurs curieux de mieux appréhender et de s’exercer à la programmation quantique, surtout que la translation d’un programme normal écrit dans un quelconque langage de haut niveau (Java, C++ ou autre) en un programme quantique nécessite une certaine gymnastique ainsi qu’une bonne compréhension.

Au final, ce projet démontre l’intérêt de Google pour l’informatique quantique et tente d’inciter les développeurs à mieux appréhender l’avenir qui pourrait être fait de calculateurs quantiques.

Source : Quantum Computing Playground

Et vous ?

:fleche: Pensez-vous que le calculateur quantique représente la prochaine révolution de l’informatique ?

Citation:

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Envoyé par Arsene Newman

:fleche: Pensez-vous que le calculateur quantique représente la prochaine révolution de l’informatique ?

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A en croire la vidéo ci-dessous et d'autres liées, je dirais oui et non.

https://www.youtube.com/watch?v=g_IaVepNDT4

En bref, ça ne permet pas de réaliser un moteur graphique plus rapide mais d'appliquer certains algorithmes particuliers dont l'algorithme de Shor.
Ce dernier algorithme est ce qui peux détruire la majorité des protections de communications privées que nous connaissons actuellement dont fait partie le RSA.

Je pense que l'avènement des ordinateurs quantiques créera beaucoup de problèmes sur nos réseaux, en particulier avec les banques et structures gouvernementales.

La majorité d'entre nous peuvent retourner sur nos problèmes d'attaques XSS, injections SQL ou de bouton de la mauvaise couleur :)

Est-ce que les ordinateurs quantiques permettent de résoudre des problèmes que l'on ne peut pas résoudre avec un ordinateur classique ?

@Thorms: oui il permettrais de résoudre des problèmes complexe. après reste à savoir si ce que Google & la Nasa possède sont de vrai ordinateur quantique

Citation:

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Envoyé par Thorms

Est-ce que les ordinateurs quantiques permettent de résoudre des problèmes que l'on ne peut pas résoudre avec un ordinateur classique ?

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D'un point de vue strictement fonctionnel, un ordinateur quantique ne permet pas de faire plus qu'un ordinateur classique.

En chipotant on pourrait même dire qu'il fait moins bien (toujours d'un point de vue strictement fonctionnel) puisque les résultats obtenus ne sont les résultats recherchés que dans une certaine probabilité.

Pour être précis, ce n'est pas l'algorithme lui-même qui est source d'erreur mais la lecture (la mesure, dirait un physicien) du résultat. En physique classique on peut lire une mémoire sans la modifier significativement. En physique quantique, une mesure modifie l'état. Un qbit ne vaut pas 1 ou 0 mais vaut "1 avec un probabilité p" et "0 avec un probabilité 1-p". C'est en exploitant cela qu'on fait la superposition quantique. Mais la mesure va projeter ce q-bit sur "1" ou "0" selon la probabilité p. Donc, non seulement on perd la valeur quantique superposée définitivement, mais on ne peut pas prédire à l'avance le résultat qui sera lu.

Le principe de base de l'algorithmique quantique étant de faire diminuer la probabilité d'erreur, généralement en répétant une même opération en boucle, la probabilité d'erreur diminuant à chaque pas. Le résultat d'un algorithme quantique est finalement passé à un algorithme classique pour vérifier que le résultat obtenu est correct.

Globalement ce processus est en fait intéressant car grâce à la superposition quantique, un algo quantique va résoudre en temps polynomial un problème de complexité exponentiel en algo classique. Généralement la vérification que le résultat obtenu est correct se fait en temps polynomial (cf les problèmes NP-complets par exemple).

Le processus global passe donc d'une complexité exponentielle à une complexité polynomiale. Mais on ne gagne rien d'un point de vue strictement fonctionnel.

Il existe aussi des contraintes structurelles dans un ordinateur quantique: par exemple l'opération de "copie" n'existe pas, on ne peut pas copier à l’identique une "q-valeur" (à cause de la mesure qui détruit la valeur). En revanche, l’opération "échange" existe physiquement alors qu'elle nécessite 3 opérations de copie et l'utilisation d'un 3ème emplacement temporaire en algo classique (t <- a; a <- b; b <- t). On ne peut pas "copier" mais on peut donc quand même "déplacer".

Evidemment entre ce qui est possible d'un point de vue théorique et ce qu'on est capable de faire en réalité est un autre problème. Outre les problèmes physiques qu'on va laisser aux physiciens, il y a aussi pour nous le fait d'être capable d'écrire des programmes quantiques et d'avoir des langages pour le faire.

Voilà un peu l'essentiel de ce que j'ai retenu de mes cours d'informatique quantique pendant mes études.

A la fin de mes études j'avais postulé pour faire une thèse qui consistait à créer un langage pour la programmation quantique, c'est quelqu'un d'autre qui a été pris et j'ai finalement fait une thèse sur les méthodes formelles mais forcément je vais aller jeter un coup d’œil pour voir ce que google nous propose comme langage. D'ailleurs on est dans un cas flagrant où les méthodes formelles peuvent s'avérer extrêmement utile pour vérifier et étudier des algorithmes quantiques puisque pas grand monde n'a un ordinateur quantique sous la main pour tester ses programmes... J'arrête cette digression personnelle.

Je pense que l'intérêt de google en mettant à disposition cet outils est de voir (et récupérer) les algorithmes que les utilisateurs vont proposés.

D'un point de vue calculatoire, le principal intérêt d'un ordinateur quantique est le gain de vitesse, donc, par définition, on ne peut pas simuler de façon satisfaisante un ordinateur quantique sur un ordinateur classique. Il ne faudra pas s'attendre à des miracles sur cet outil. Mais ça peut sans doute être très bien pour découvrir, s’exercer et faire progresser les connaissances en algorithmes quantiques (il n'y a pas grand-chose pour le moment, presque tout reste à inventer) en attendant les ordinateurs eux-mêmes soient au point.

Citation:

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Envoyé par Arsene Newman

:fleche: Pensez-vous que le calculateur quantique représente la prochaine révolution de l’informatique ?

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Oui, en fait le doute ne me traverse même pas.

D'une part on a le gain d'échelle sur les temps de calculs. Il y a aussi les possibilités de miniaturisations envisageables. En fait déjà aujourd'hui avec la miniaturisation des processeurs on est arrivé au niveau où il faut gérer les effets quantiques. Donc de toute façon autant en tirer parti autant que possible plutôt que de chercher à les éviter. Même si dans un premier temps on n'aura sans doute pas encore de vrais ordinateurs quantiques.

Plus encore, c'est une vision tout à fait personnelle, je trouve qu'architecturalement les ordinateurs quantique sont plus proches des réseaux de neurones ou des réseaux bayésiens que de l'architecture d'un ordinateur classique. Compte tenu de l'impossibilité de faire des copies et de lire une valeur sans la détruire, je ne suis pas certain qu'il y ait un grand intérêt (je serai peut-être démenti) à avoir une mémoire centrale d'un côté et une unité de calcul de l'autre. J'imagine plutôt des unités de calculs relativement réduite reliées en réseau.

Cet aspect "réseau" (peut-être un pur fantasme de ma part), l'aspect probabiliste des résultats et les gains en échelle de temps, me font penser que les ordinateurs quantiques seront parfaits pour faire tourner des algorithmes de prévision, de décision ou faire de l'intelligence artificielle. Compte tenu des enjeux économiques dans ces domaines, je pense donc qu'il n'y aura aucun problème pour trouver les investisseurs pour financer tout ça.

Olreak, merci pour ta réponse.

olreak : On sent bien que tu ne connais rien au sujet, toi ! ... Je blague évidemment. Merci pour ton post très intéressant.

Sinon, ne pourrais-t-on pas imaginer des "puces quantiques" au sein d'ordinateurs à l'architecture classique ? Puisque l'informatique quantique semble plus adaptée à certaines utilisations spécifiques telles que l'IA, j'imagine par exemple une puce de "moteur d'IA" de la même manière que se sont généralisés les moteurs physiques hardware chez nVidia par exemple. Pour le domaine spécifique du jeu vidéo ce serait une petite révolution. De même si l'informatique quntique peut aider aui déchiffrage, peut-être pourrait-il amener à des outils de chiffrages plus puissants ?

Je n'y connais rien, mais c'est ce que ça m'inspire à première vue (et à la lumière du post de olreak).

Faire des devices dédiés "quantiques", oui c'est possible !
Tu perdras juste de la précision entre ton device et le reste de l'ordinateur classique... mais comme on peut imaginer envoyer une requête dans le device, le laisser calculer, récupérer le résultat, et faire le physicien en effectuant une approximation (arrondie à 64bits du coup ! :P) : alors oui ce sera possible.

Par contre je suis très déçu de ce qui est proposé par google (ou alors j'ai très mal cherché ?) : on est bloqué dans un langage impératif "classique"...
...et hormis regarder leurs beaux graphes je ne vois rien de quantique là-dedans !
Il n'y a pas de détails sur les primitives, je ne sais pas trop ce qu'elles renvoient (leurs noms sont explicites, mais c'est tout... renvoient-elles une valeur "fixe" ou une valeur "quantique"/entre 0 et 1 ?)...
Refaire strlen en quantique ne me semble pas si différent qu'actuellement.

Je ne m'inquiète pas trop : ces problèmes seront surmontés, et là, nous assisterons, ou nos descendants, à une brutale rupture révolution dans le monde des ordinateurs.
Les grandes structures seront les premières à les utiliser : Gouvernements, Banques, Assurances, Recherche Scientifique...;)
Nous ne sommes qu'au tout début des ordinateurs quantiques, juste au tout début.

Le principal soucis est le maintient de l'état d'intrication.
On a fait beaucoup de progrès dans ce sens, mais pour qu'un ordinateur quantique soit opérationnel, il faudrait soit le maintenir aux alentour de 0 Kelvin et dans ce cas on peut avoir un système miniaturisé avec une haute densité de qbits, soit en piégeant des ions et en les isolant de leur environnement. La deuxième méthode est plus durable en terme de maintient du système, mais plus difficilement miniaturisable.

La société Dwave semble avoir sorti un ordinateur quantique de quelques centaines de qbits basé sur le refroidissement (mais ça ressemble aux ordinateurs des années 50 en terme de taille).

Avec les améliorations sur la décohérence, on pourrait justement pallier aux soucis soulevé par Grimly à propos du RSA. A cause du principe expliqué par olreak, on est pas en mesure de copier l'information, cela en fait le moyen idéal pour sécuriser une communication (et de déceler si elle a été intercepté) de manière totalement fiable.