La DARPA renforce les efforts de Microsoft pour construire un ordinateur quantique topologique

La Pentagons Defense Advanced Research Projects Agency parie sur les efforts de longue haleine de Microsoft pour créer un ordinateur quantique à l’échelle industrielle qui tire parti des propriétés exotiques des nanofils supraconducteurs.

Microsoft est l’une des trois sociétés sélectionnées pour présenter des concepts de conception dans le cadre d’un programme quinquennal appelé Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing, ou US2QC. Le programme DARPA n’est que le dernier exemple montrant comment le soutien du gouvernement est une force motrice pour faire avancer les frontières de l’informatique quantique à un moment où ces frontières sont encore entourées d’incertitude.

Les experts ne sont pas d’accord sur la question de savoir si un ordinateur quantique à grande échelle basé sur des conceptions conventionnelles est encore dans des décennies ou pourrait être réalisé beaucoup plus tôt, a déclaré Joe Altepeter, responsable du programme US2QC au bureau des sciences de la défense de la DARPA, dans un communiqué de presse. L’objectif d’US2QC est de réduire le risque de surprise stratégique des systèmes informatiques quantiques sous-explorés.

Altepeter a déclaré que la DARPA avait lancé un appel aux entreprises pour qu’elles entrent en contact si elles avaient une approche qui, selon elles, conduirait à la création d’un ordinateur quantique polyvalent utile en moins de 10 ans. Nous avons proposé de collaborer en finançant des experts supplémentaires pour rejoindre leur équipe et fournir une vérification et une validation rigoureuses par le gouvernement de leurs solutions proposées pour déterminer sa viabilité, a-t-il déclaré.

Le résultat pourrait conduire à un gagnant-gagnant, a déclaré Altepeter : les technologies commerciales des entreprises seraient stimulées, tandis que la communauté de la sécurité nationale des gouvernements fédéraux pourrait éviter d’être surprise par des effets potentiellement perturbateurs.

Les autres sociétés rejoignant Microsoft dans le programme US2QC sont Atom Computing, qui travaille à exploiter les propriétés quantiques des atomes optiquement piégés ; et PsiQuantum, qui explore les capacités de la photonique à base de silicium. Ces deux sociétés sont basées en Californie.

Dans la phase initiale du programme, chacune des entreprises présentera un concept de conception décrivant ses plans pour créer un ordinateur quantique à l’échelle utilitaire. Ces concepts guideraient le développement de conceptions de systèmes plus rigoureuses et à part entière, qui seraient évaluées par une équipe de test et de validation dirigée par la DARPA.

Astuce topologique

La quête quantique implique une approche de l’informatique radicalement différente du monde traditionnel des uns et des zéros électroniques. Les qubits, ou bits quantiques, peuvent représenter plusieurs valeurs simultanément jusqu’à ce que les résultats soient lus. Cela rend l’informatique quantique potentiellement plus puissante pour certains types de problèmes, comme l’examen de grands ensembles de données pour trouver des solutions optimales.

Les applications pourraient inclure la création de nouveaux produits chimiques pour de meilleures batteries, des engrais plus efficaces ou de nouveaux types de médicaments. Au-delà de la chimie, l’informatique quantique pourrait optimiser des systèmes allant des voies de circulation et des réseaux de communication interplanétaires aux services financiers.

Mais quel type de matériel conviendrait le mieux à l’informatique quantique ? Microsoft explore le potentiel d’une architecture qubit topologique depuis plus d’une décennie. L’année dernière, il a signalé une avancée significative dans ses efforts lorsqu’il a trouvé des preuves d’un phénomène exotique connu sous le nom de mode zéro de Majorana.

Un ordinateur quantique basé sur l’architecture de Microsoft fonctionnerait en induisant et en manipulant les modes zéro de Majorana aux extrémités des fils supraconducteurs topologiques. Démontrer que de tels modes existent réellement a marqué un grand pas vers la transformation du concept de Microsoft en réalité.

Microsoft estime qu’un ordinateur quantique devrait avoir au moins un million de qubits physiques pour résoudre les types de problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas gérer. Si ces qubits physiques ne sont pas de la bonne taille, le matériel requis pourrait finir par avoir la taille d’un terrain de football, a déclaré Krysta Svore, vice-présidente du développement quantique avancé chez Microsoft, la semaine dernière lors du Northwest Quantum Nexus Summit.

Et donc chez Microsoft, nous nous sommes concentrés sur un qubit qui est juste, et c’est le qubit topologique, a déclaré Svore.

Les découvertes de l’année dernière ont renforcé la confiance de Microsoft dans son approche, mais il faudra beaucoup plus de recherche et de développement pour produire un ordinateur quantique topologique à pile complète. Nous avons besoin du qubit qui convient parfaitement, et nous avons besoin d’un système qui l’entoure, a déclaré Svore. Nous devons nous intégrer dans le cloud plus large, n’est-ce pas ? Nous devons intégrer une immense quantité de calcul classique. Dans le même temps, nous devons également concevoir et co-concevoir des logiciels et du matériel ensemble.

Préoccupations de sécurité nationale

Le gouvernement fédéral s’intéresse à l’informatique quantique pour plusieurs raisons.

Le premier objectif des États-Unis est de promouvoir cette technologie, a déclaré Charles Tahan, directeur du National Quantum Coordination Office du Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche, lors du sommet de la semaine dernière. Nous devons maintenir notre leadership dans les technologies de l’information quantique. Cela signifie plus d’investissements pour la R&D, plus d’investissements pour les programmes de développement de la main-d’œuvre et plus de partenariats avec le secteur privé, mais aussi [with] nos partenaires internationaux.

D’autres objectifs concernent la sécurité nationale. Celui que vous auriez le plus vu dans les nouvelles est le passage de la nation à la cryptographie résistante aux quanta, a déclaré Tahan.

Théoriquement, les ordinateurs quantiques pourraient résoudre les problèmes liés à la factorisation des grands nombres premiers, une branche des mathématiques qui joue un rôle clé dans les communications en ligne sécurisées et les transactions financières. Avec le potentiel d’un ordinateur quantique tolérant aux pannes, si vous aviez une telle machine, vous pourriez casser RSA et d’autres formes de cryptographie à clé publique, a déclaré Tahan. Compte tenu des échelles de temps dans lesquelles la nation doit protéger les informations pendant 25 ans, voire 50 ans, il est vraiment essentiel que nous passions maintenant à la cryptographie résistante au quantum.

Protéger les informations contre la rupture de code quantique est le revers de la médaille pour comprendre comment fonctionne un ordinateur quantique. En attendant, le gouvernement fédéral doit protéger la technologie américaine contre le vol par des rivaux mondiaux, a déclaré Tahan.

Il faudra une décennie ou plus pour passer à la cryptographie résistante quantique, si nous le faisons correctement, a-t-il déclaré. Pendant ce temps, nous devons protéger nos investissements, tant pour notre sécurité économique que pour notre sécurité nationale.

La Chine est le principal rival. Le mois dernier, des chercheurs chinois ont fait sensation lorsqu’ils ont rapporté avoir trouvé un moyen de déchiffrer l’algorithme RSA qui sous-tend la plupart des systèmes de cryptage de données. Des experts extérieurs ont déclaré que les inquiétudes qui en résultaient étaient exagérées; néanmoins, le rapport a démontré à quel point les enjeux pouvaient devenir sérieux.

Peter Chapman, PDG de la société d’ordinateurs quantiques IonQ, a vu les affirmations chinoises comme un coup de fouet.

Cela montre simplement que quelqu’un pourrait sortir avec une nouvelle idée et que notre mariage serait soudainement en danger, a déclaré Chapman lors du sommet de la semaine dernière. Nous devons donc prendre cela beaucoup plus au sérieux que nous ne le faisons actuellement aujourd’hui.

Chapman a déclaré qu’il faudrait un soutien fédéral ainsi que des investissements privés pour assurer le leadership des Amériques dans la quête quantique. Il peut déjà citer un exemple précoce : la collaboration d’IonQ avec le Pacific Northwest National Laboratory sur une nouvelle méthode de production d’ions baryum pour les futurs ordinateurs quantiques. Le processus fera partie de la chaîne d’approvisionnement commerciale dès l’année prochaine, lorsque IonQ intensifiera ses opérations dans son usine de recherche et de fabrication à Bothell, Wash.

La façon dont nous gagnerons contre des endroits comme la Chine sera un partenariat public-privé, et le côté public doit être en mesure d’encourager le côté privé à investir là-dedans. C’est, si vous voulez, la même chose que nous faisions au début des semi-conducteurs. Il y avait quelques entreprises comme Fairchild qui travaillaient activement sur les circuits intégrés, et la NASA a fourni le marché initial pour ceux-ci, a déclaré Chapman. Bien sûr, cela a donné l’impulsion nécessaire pour pouvoir investir dans cette technologie particulière. Le reste appartient à l’histoire, pour ainsi dire.

Jusqu’à présent, le secteur public a fait un très bon travail en s’assurant que les phares sont allumés alors que les entreprises technologiques empruntent l’autoroute de l’information quantique, a déclaré Sebastian Hassinger, qui est en charge du développement commercial mondial et de la stratégie de mise sur le marché de l’informatique quantique. chez Amazon Web Services.

Ce n’est pas quelque chose que vous pouvez laisser aux marchés privés, essentiellement, a déclaré Hassinger à GeekWire. Vous pouvez le voir dans le peu de fonds de capital-risque qui investissent dans le quantum. C’est plus difficile à faire parce que ses horizons beaucoup plus longs et beaucoup plus d’incertitude que le fonds typique est mis en place pour le faire. Ce n’est pas trois à cinq ans avant la sortie.