Loi de Neven : Nous devons remplacer la loi de Moore pour faire place aux ordinateurs quantiques

Une nouvelle technologie perturbatrice se profile à l’horizon et promet de porter la puissance de calcul à des niveaux inédits et inimaginables.

Et pour prédire la vitesse de progression de cette nouvelle technologie “d’informatique quantique”, le directeur de Quantum AI Labs de Google, Hartmut Neven, a proposé une nouvelle règle similaire à la loi de Moore qui a mesuré le progrès des ordinateurs pendant plus de 50 ans.

Mais peut-on faire confiance à la “loi de Neven” comme une véritable représentation de ce qui se passe dans l’informatique quantique et, plus important encore, de ce qui nous attend à l’avenir ? Ou est-il tout simplement trop tôt dans la course pour en arriver à ce genre de jugement ?

Contrairement aux ordinateurs conventionnels qui stockent les données sous forme de signaux électriques qui peuvent avoir l’un des deux états (1 ou 0), les ordinateurs quantiques peuvent utiliser de nombreux systèmes physiques pour stocker les données, comme les électrons et les photons. Ceux-ci peuvent être conçus pour encoder les informations dans plusieurs états, ce qui leur permet d’effectuer des calculs exponentiellement plus rapidement que les ordinateurs traditionnels.

L’informatique quantique en est encore à ses balbutiements et personne n’a encore construit un ordinateur quantique capable de surpasser les supercalculateurs classiques. Mais, en dépit d’un certain scepticisme, l’enthousiasme est généralisé quant à la rapidité des progrès réalisés à l’heure actuelle. Il serait donc utile d’avoir une idée de ce que nous pouvons attendre des ordinateurs quantiques dans les années à venir.

La loi de Moore décrit la façon dont la puissance de traitement des ordinateurs numériques traditionnels a eu tendance à doubler environ tous les deux ans, créant ce que nous appelons une croissance exponentielle. Nommée d’après le cofondateur d’Intel, Gordon Moore, la loi décrit plus précisément le taux d’augmentation du nombre de transistors qui peuvent être intégrés dans une puce de silicium.

Mais les ordinateurs quantiques sont conçus d’une manière très différente autour des lois de la physique quantique. La loi de Moore ne s’applique donc pas. C’est là que la loi de Neven entre en jeu. Il affirme que la puissance de l’informatique quantique connaît “une croissance doublement exponentielle par rapport à l’informatique conventionnelle”.

La croissance exponentielle signifie que quelque chose se développe par deux : 2¹ (2), 2² (4), 2³ (8), 2⁴ (16) et ainsi de suite. Une croissance doublement exponentielle signifie que quelque chose se développe par des puissances de deux : 2² (4), 2⁴ (16), 2⁸ (256), 2¹⁶ (65,536) et ainsi de suite. Pour mettre cela en perspective, si les ordinateurs traditionnels avaient connu une croissance doublement exponentielle sous la loi de Moore (au lieu d’une seule exponentielle), nous aurions eu les ordinateurs portables et smartphones d’aujourd’hui en 1975.

Ce rythme extrêmement rapide devrait bientôt conduire, espère M. Neven, à ce que l’on appelle l’avantage quantique. Il s’agit d’une étape très attendue où un processeur quantique relativement petit prend le pas sur les supercalculateurs conventionnels les plus puissants.

La raison de cette croissance doublement exponentielle repose sur un constat interne. Selon une interview avec Hartmut Neven, les scientifiques de Google s’améliorent pour réduire le taux d’erreur de leurs prototypes d’ordinateurs quantiques. Cela leur permet de construire des systèmes plus complexes et plus puissants à chaque itération.

M. Neven soutient que ce progrès lui-même est exponentiel, tout comme la loi de Moore. Mais un processeur quantique est intrinsèquement et exponentiellement meilleur qu’un processeur classique de taille égale. C’est parce qu’il exploite un effet quantique appelé enchevêtrement qui permet d’effectuer différentes tâches de calcul en même temps, produisant des accélérations exponentielles.

Donc, de manière simpliste, si les processeurs quantiques se développent à un rythme exponentiel et qu’ils sont exponentiellement plus rapides que les processeurs classiques, les systèmes quantiques se développent à un rythme doublement exponentiel par rapport à leurs équivalents classiques.

Une mise en garde

Bien que cela semble excitant, nous devons faire preuve d’une certaine prudence. Pour commencer, la conclusion de M. Neven semble reposer sur une poignée de prototypes et de progrès mesurés sur une période relativement courte (un an ou moins). Si peu de points de données pouvaient facilement être faits pour s’adapter à de nombreux autres modèles de croissance extrapolée.

Il y a aussi un problème pratique qui, à mesure que les processeurs quantiques deviennent de plus en plus complexes et puissants, des problèmes techniques qui sont maintenant mineurs pourraient devenir beaucoup plus importants. Par exemple, la présence d’un parasite électrique même modeste dans un système quantique pourrait entraîner des erreurs de calcul de plus en plus fréquentes à mesure que la complexité du processeur augmente.

Ce problème pourrait être résolu par la mise en œuvre de protocoles de correction d’erreurs, mais cela signifierait en fait l’ajout de beaucoup de matériel de sauvegarde au processeur qui serait autrement redondant. L’ordinateur devrait donc devenir beaucoup plus complexe sans gagner beaucoup plus de puissance, s’il y en a. Ce genre de problème pourrait affecter la prédiction de M. Neven, mais pour le moment, il est trop tôt pour l’affirmer.

Bien qu’il ne s’agisse que d’une observation empirique et non d’une loi fondamentale de la nature, la loi de Moore a anticipé les progrès de l’informatique conventionnelle avec une précision remarquable pendant environ 50 ans. En un sens, c’était plus qu’une simple prédiction, car elle a stimulé l’industrie des micropuces à adopter une feuille de route cohérente, à établir des jalons réguliers, à évaluer les volumes d’investissement et à évaluer les revenus potentiels.

Si l’observation de Neven s’avère aussi prophétique et épanouissante que la loi de Moore, elle aura certainement des ramifications bien au-delà de la simple prédiction de la performance quantique. D’une part, à ce stade, personne ne sait si les ordinateurs quantiques vont être largement commercialisés ou rester les jouets d’utilisateurs spécialisés. Mais si la loi de Neven est vraie, on ne tardera pas à le savoir.

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Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche