4 actions pour investir dans le quantique

Le saut quantique dans l'informatique

Imaginez un ordinateur si puissant qu'il pourrait déchiffrer le cryptage le plus puissant d'aujourd'hui en quelques secondes. Ou bien simuler des molécules complexes pour de nouveaux médicaments révolutionnaires. Ou encore dynamiser l'intelligence artificielle au-delà de tout ce que nous avons vu jusqu'à présent. Ce n'est pas de la science-fiction, c'est la promesse de l'informatique quantique .

Pendant des décennies, les ordinateurs traditionnels ont suivi une règle simple. L'information est traitée en bits , soit à 0, soit à 1. Mais les ordinateurs quantiques fonctionnent sur des qubits. Ils peuvent être à 0, à 1 ou aux deux à la fois. Ce concept hallucinant, appelé superposition , permet aux machines quantiques de résoudre des problèmes de manière exponentiellement plus rapide que les ordinateurs classiques.

Pourquoi est-ce important ? Parce que l’informatique quantique n’est pas seulement une curiosité académique. C’est une technologie qui pourrait bouleverser des secteurs tels que l’intelligence artificielle, la cybersécurité , la finance ou la découverte de médicaments . Les gouvernements et les géants de la technologie investissent des milliards dans ce domaine, s’efforçant d’en exploiter tout le potentiel.

Dans cet article, je vais tout décortiquer. Au final, vous comprendrez,

• L'informatique quantique en termes simples
• Comment il se connecte à l'IA
• Les avancées majeures dans le domaine quantique
• Les grands acteurs de l'informatique quantique
• Les opportunités d'investissement dans Quantum World

Comment fonctionne l'informatique quantique ?

Pour comprendre le potentiel de l’informatique quantique dans la révolution de l’intelligence artificielle et la création de richesses, il est important de saisir les principes fondamentaux qui la distinguent de l’informatique classique.

La différence entre la physique classique et la physique quantique

source : blog quantumtech

Les ordinateurs classiques, comme ceux de nos appareils du quotidien, stockent et traitent les informations à l'aide de bits . Chaque bit représente soit un 0, soit un 1. Les ordinateurs quantiques, quant à eux, utilisent des qubits . Les qubits exploitent les principes de la mécanique quantique pour exister dans plusieurs états simultanément. Ce qui leur permet de résoudre des problèmes extrêmement complexes.

Pourquoi c'est important

Cette différence est cruciale car elle permet aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes pratiquement impossibles à résoudre. Même pour les supercalculateurs classiques les plus puissants. La capacité à modéliser avec précision les lois de la nature, à simuler les interactions moléculaires et à optimiser les systèmes complexes ouvre la voie à des avancées dans les domaines de la médecine, de la science des matériaux, de la finance et de l’intelligence artificielle.

Concepts clés

• Superposition : Contrairement aux bits classiques qui ne peuvent être que 0 ou 1, un qubit peut exister dans une superposition des deux états simultanément. Cela signifie qu'un ordinateur quantique peut explorer de nombreuses possibilités à la fois, augmentant considérablement sa puissance de calcul.
• Intrication : L'intrication relie deux ou plusieurs qubits entre eux de telle manière qu'ils deviennent interconnectés. L'état d'un qubit influence instantanément l'état des autres, quelle que soit la distance qui les sépare. Cela permet des corrélations complexes et des calculs parallèles.
• Interférence : L'interférence quantique permet de manipuler les états des qubits pour amplifier les résultats souhaités ou annuler ceux qui ne le sont pas. En contrôlant soigneusement les interférences, les ordinateurs quantiques peuvent trouver les solutions optimales à des problèmes complexes

Informatique quantique et IA

L'informatique quantique et l'intelligence artificielle sont deux domaines en pleine évolution. Tous deux sur le point de remodeler les industries et de redéfinir les possibilités informatiques. Bien qu'ils puissent sembler être des domaines distincts, leur potentiel de synergie devient de plus en plus évident. Je vous invite à lire l'article sur les actions IA dans lesquelles investir pour aller plus loin sur le sujet.

Terrain d'entente

• Résoudre des problèmes insolubles : l’informatique quantique et l’IA excellent toutes deux à résoudre des problèmes qui sont hors de portée des ordinateurs classiques. Les ordinateurs quantiques peuvent modéliser les lois de la nature avec précision. L’IA peut utiliser ces données pour découvrir de nouvelles molécules et construire de nouvelles choses.
• Révolutionner les industries : les deux domaines promettent de révolutionner des secteurs comme la médecine, la science des matériaux et la finance
• Algorithmes : Les algorithmes quantiques pourraient optimiser les stratégies de trading. Les algorithmes conçus par des moyens quantiques, même lorsqu'ils sont exécutés sur un ordinateur classique, ont permis de réaliser des percées.
• Complémentarité des atouts : L'IA est comme un émulateur, et l'informatique quantique est comme un simulateur de la nature. L'informatique quantique est particulièrement adaptée aux tâches d'exploration intensive dans de vastes espaces d'états. Tandis que l'IA est experte en reconnaissance de formes et en analyse de données.

Différences

• Exigences en matière de données : l’informatique quantique excelle dans les problèmes qui nécessitent peu de données mais qui nécessitent l’exploration d’états exponentiels, tandis que l’IA prospère généralement sur de grands ensembles de données
• Correction d'erreurs : les qubits sont fragiles et le bruit ambiant peut provoquer des erreurs de calcul. Les ordinateurs quantiques luttent contre ce problème grâce à une correction d'erreur poussée.
• Nature du calcul : Dans les puces classiques, le calcul est effectué à l’aide d’électrons, tandis que dans les puces quantiques, le calcul est effectué à l’aide de Majoranas.
• Évolutivité : certaines technologies informatiques quantiques peuvent nécessiter un entrepôt de calcul pour fonctionner. Microsoft estime que sa solution est la meilleure et la plus susceptible d'être mise à l'échelle
• Nombre de qubits : Il y a une course dans l'industrie pour créer un nombre élevé de qubits, mais ce qui compte vraiment, c'est ce que l'on peut en faire.
• Focus : Microsoft a retardé les annonces de matériel jusqu'à ce qu'elle puisse démontrer son approche topologique. Cela reflète la philosophie commerciale plus large de Microsoft qui consiste à se concentrer sur les technologies fondamentales qui s'adaptent aux besoins de l'entreprise plutôt que de courir après les gros titres.

Cas d'utilisation du monde réel

L'informatique quantique est une technologie émergente qui a le potentiel de révolutionner de nombreux secteurs et applications. Bien que les ordinateurs quantiques ne soient pas encore capables de résoudre des problèmes commercialement viables, ils pourraient y parvenir à l'avenir.

Les cas d’utilisation réels de l’informatique quantique incluent :

• Étudier la mécanique quantique. Les ordinateurs quantiques sont utiles pour étudier de nouveaux états de la matière, des atomes, des molécules et de la physique des hautes énergies.
• Agriculture. L'informatique quantique a des applications dans le domaine agricole, comme la fabrication de meilleurs engrais.
• Énergie renouvelable. Les ordinateurs quantiques peuvent aider à concevoir de meilleurs matériaux pour le stockage de l’énergie et la construction de batteries.
• Pharmaceutique. La découverte de nouveaux matériaux peut être utile dans l'industrie pharmaceutique. Les ordinateurs quantiques peuvent simuler des interactions moléculaires à des échelles sans précédent, ce qui pourrait révolutionner la découverte de médicaments. Les sociétés pharmaceutiques pourraient réduire les délais de développement de médicaments de plusieurs décennies à plusieurs années.
• Problèmes classiques. Les ordinateurs quantiques sont étudiés pour voir s'ils peuvent résoudre des problèmes classiques plus rapidement et avec des coûts et une empreinte énergétique inférieurs à ceux des ordinateurs classiques. Certains de ces problèmes concernent l'optimisation et les services financiers.
• Modélisation financière : les algorithmes quantiques pourraient optimiser les stratégies de trading, la gestion de portefeuille et les modèles d’évaluation des risques bien au-delà des capacités actuelles, débloquant potentiellement des milliards de dollars de valeur grâce à des marchés plus efficaces.
• Apprentissage automatique. Les chercheurs étudient si les ordinateurs quantiques peuvent résoudre les problèmes d’apprentissage automatique plus rapidement que les ordinateurs classiques.
• Optimisation de la chaîne d’approvisionnement : les problèmes logistiques complexes qui nécessitent actuellement des approximations pourraient être résolus de manière optimale, réduisant ainsi le gaspillage et les coûts dans les réseaux d’approvisionnement mondiaux.
• Modélisation du climat : l’informatique quantique pourrait améliorer les simulations climatiques, aidant les scientifiques à mieux prévoir les impacts du changement climatique et à tester des stratégies d’atténuation.
• Science des matériaux : les ordinateurs quantiques pourraient être utilisés pour concevoir des super matériaux dotés de propriétés sans précédent.
• Matériaux auto-réparateurs : les ordinateurs quantiques pourraient être utilisés pour créer des matériaux auto-réparateurs.
• Élimination des microplastiques : les ordinateurs quantiques pourraient aider à créer des catalyseurs pour éliminer les microplastiques.
• Cryptographie : l'informatique quantique pourrait aider à créer de nouvelles méthodes de chiffrement. Cependant, un ordinateur quantique entièrement fonctionnel pourrait briser les formes existantes de chiffrement en ligne.

De nombreuses entreprises investissent actuellement dans l’informatique quantique pour créer de nouveaux algorithmes et de nouvelles propriétés intellectuelles. Elles évaluent également les cas d’utilisation par rapport aux technologies actuelles. Microsoft estime que les applications pratiques de l’informatique quantique ne seront pas disponibles avant des décennies, mais « dans des années ».

Les plus grandes avancées de l'informatique quantique

L'informatique quantique a connu récemment des avancées majeures, notamment dans les domaines de la technologie des qubits et de la correction des erreurs. Parmi les plus grandes avancées, on peut citer :

1. Puce Majorana 1 de Microsoft :

Source : azure.microsoft.com

Cette puce quantique est construite sur un cœur topologique utilisant des topoconducteurs, une nouvelle classe de matériaux. Cette conception permet d'obtenir des qubits stables et évolutifs .

La puce Majorana 1 utilise des particules Majorana pour le calcul, qui sont différentes de l'utilisation d'électrons dans les puces classiques. Cela permet de stocker plus d'un million de qubits sur une petite puce.

L'approche de Microsoft consistait à créer un nouvel état de la matière, la phase topologique, pour y parvenir.

2. Willow Chip de Google :

Willow est la dernière puce d'informatique quantique supraconductrice de Google Quantum AI. Elle a permis d'augmenter considérablement les temps de cohérence quantique , de 20 microsecondes dans Sycamore à 100 microsecondes dans Willow.

Willow a démontré que les qubits logiques fonctionnent en dessous du seuil critique de correction des erreurs quantiques. Willow dispose d'un grand nombre de qubits avec une connectivité élevée et peut exécuter diverses applications. Il utilise également des qubits et des coupleurs réglables pour des portes rapides, des taux d'erreur faibles et une reconfigurabilité.

3. Correction d'erreur quantique :

La correction des erreurs est cruciale en raison de la fragilité des qubits. Le bruit ambiant peut facilement perturber les qubits, entraînant des erreurs de calcul. Des méthodes de correction des erreurs quantiques sont donc nécessaires pour rendre les qubits fiables.

L'équipe de Google a démontré que les mémoires de code de surface fonctionnaient en dessous du seuil sur les processeurs Willow. Leurs recherches ont montré qu'un taux d'erreur logique de leur mémoire quantique était réduit d'un facteur 2,14 lorsque la distance de code passait de 5 à 7, aboutissant à un code à 101 qubits à distance-7 avec 0,143 % d'erreur par cycle.

Une étape clé à surveiller est la démonstration de la correction des erreurs quantiques avec des qubits topologiques.

4. Qubits topologiques :

Microsoft utilise des qubits topologiques, qui diffèrent des approches traditionnelles. Les qubits topologiques stockent des informations dans un système quantique, ce qui les rend plus résistants aux erreurs. Les particules de Majorana, qui sont essentielles aux qubits topologiques, offrent une protection naturelle contre les interférences en raison de leurs états quantiques exotiques.

Ces avancées représentent des progrès substantiels vers la construction d’ordinateurs quantiques pratiques et évolutifs, avec des applications potentielles couvrant la découverte de médicaments, la science des matériaux, la modélisation financière, et bien plus encore.

Les grands acteurs de l'informatique quantique

Parmi les grands acteurs de l’informatique quantique figurent Microsoft, Google et Amazon.

Chaque entreprise a sa propre approche. Pour investir en bourse dans les actions quantique, il y a les 4 grands noms du secteur.

1. Microsoft

La première puce informatique quantique de Microsoft s'appelle Majorana 1.

Voici ce que l’on sait de leurs produits quantiques et de leur stratégie :

• Puce quantique Majorana 1 : elle est construite sur un cœur topologique utilisant des topoconducteurs , une nouvelle classe de matériaux. Cette conception permet d'obtenir des qubits stables et évolutifs . Elle représente la vision distinctive de Microsoft en matière d'informatique quantique. La puce Majorana 1 utilise des particules Majorana pour le calcul et peut stocker plus d'un million de qubits sur une petite puce.
• Qubits topologiques : Microsoft se concentre sur les qubits topologiques basés sur les modes zéro de Majorana . Microsoft estime que les qubits topologiques sont fiables, petits et contrôlables, ce qui résout le problème de bruit qui crée des erreurs dans les qubits. Les qubits topologiques stockent des informations dans un système quantique, ce qui les rend plus résistants aux erreurs. Les états quantiques exotiques des particules de Majorana offrent une protection naturelle contre les interférences.
• Correction d'erreur quantique : Microsoft vise des qubits moins bruyants et plus fiables. Pour y parvenir, l'entreprise mise sur une propriété physique qui est, par définition, plus fiable.
• Stratégie quantique : La stratégie quantique de Microsoft diffère de celle de ses concurrents. Microsoft a retardé les annonces de matériel jusqu'à ce qu'ils puissent démontrer leur approche topologique. Les investissements quantiques de Microsoft s'alignent sur sa stratégie cloud-first, positionnant Azure Quantum comme le point d'accès final pour cette technologie. Microsoft souhaite séparer ses logiciels et son matériel.
• Quantum Development Kit (QDK) : Microsoft a créé un langage de programmation et un environnement spécifiques au quantique accessibles aux développeurs de logiciels conventionnels.
• Représentation intermédiaire quantique (QIR) : QIR est une interface open source qui permet aux programmes quantiques de s'exécuter sur différentes plates-formes matérielles.
• Azure Quantum : les investissements quantiques de Microsoft s'alignent sur sa stratégie axée sur le cloud, positionnant Azure Quantum comme le point d'accès final à cette technologie. Les premières applications commerciales devraient fonctionner sur Azure Quantum avec l'architecture Majorana en 2025 avec la sortie d'une chaîne d'outils de développement quantique étendue.
• Partenariats : Microsoft travaille avec différents fabricants de puces et Cubit Technology.

2. Google

La dernière puce informatique quantique de Google s'appelle Willow .

Voici ce que nous savons sur Willo de Google :

• Willow représente une étape vers la construction d’ordinateurs quantiques à grande échelle et l’exploration d’applications.
• Google dispose d'une usine dédiée à la fabrication de puces quantiques supraconductrices à Santa Barbara qui a permis des avancées à Willow.
• Willow a obtenu une augmentation significative des temps de cohérence quantique , de 20 microsecondes dans Sycamore à 100 microsecondes dans Willow.
• Willow a démontré que les qubits logiques fonctionnent en dessous du seuil critique de correction des erreurs quantiques . Cela signifie que les erreurs sont supprimées de manière exponentielle dans les qubits logiques à mesure que des qubits physiques sont ajoutés et mis à l'échelle.
• La durée de vie des qubits logiques de Willow est plus longue que celle des qubits physiques qui les composent, de sorte qu'à mesure que les puces quantiques deviennent plus grandes et plus complexes, la correction des erreurs quantiques peut améliorer leur précision.
• En comparant Willow à l'un des supercalculateurs les plus puissants du monde en utilisant le test d'échantillonnage aléatoire des circuits, Willow a réalisé en moins de 5 minutes un calcul qui prendrait 10 à 25 ans au supercalculateur.
• Willow atteint un point idéal sur toute une liste de mesures de performance. Il combine un grand nombre de qubits avec une connectivité élevée et la capacité d'exécuter diverses applications. Il atteint également de faibles taux d'erreur moyens sur toutes les opérations avec plusieurs portes natives à deux qubits.
• Willow utilise des qubits et des coupleurs réglables pour des portes rapides, des taux d'erreur faibles et une reconfigurabilité.
• Google Quantum AI et ses collaborateurs ont démontré que les mémoires de code de surface fonctionnaient en dessous du seuil sur les processeurs Willow. Leurs recherches ont montré que le taux d'erreur logique de leur mémoire quantique était réduit d'un facteur 2,14 lorsque la distance de code passait de 5 à 7, aboutissant à un code à 101 qubits de distance-7 avec une erreur de 0,143 % par cycle.
• Un code de surface à distance 5 a été implémenté sur un processeur de 72 qubits, fonctionnant avec un décodeur temps réel intégré. Par la suite, un code de surface à distance 7 a été réalisé en utilisant un processeur de 105 qubits.
• Les processeurs ont démontré une valeur supérieure à 2 jusqu'à respectivement les distances 5 et 7. Les mémoires quantiques à distance 5 et 7 sont au-delà du seuil de rentabilité, la distance 7 préservant les informations quantiques pendant plus de deux fois plus longtemps que son meilleur qubit physique constitutif.

3. Amazon

Amazon Braket est un service d'informatique quantique proposé par AWS.

Voici ce que l'on sait sur Amazon Braket :

• Vision et objectif : L'objectif d'AWS est d'intégrer l'informatique quantique dans son infrastructure, en envisageant un avenir où un ordinateur quantique est aussi accessible que n'importe quelle autre instance. Les utilisateurs peuvent potentiellement sélectionner un QPU (Quantum Processing Unit) dans leur console EC2.
• Objectif de Braket : Braket a été lancé en 2019 pour comprendre comment les clients utilisent les ordinateurs quantiques, leurs besoins en ressources et les capacités de calcul classiques requises. AWS estime que l'informatique quantique agira comme un accélérateur plutôt que comme un remplacement autonome des ordinateurs classiques.
• Parcours client : AWS considère le parcours client dans l'informatique quantique comme un processus de R&D comportant quatre phases : l'identification des cas d'utilisation, l'analyse comparative, le dépassement des limites et la détermination des exigences de production.
• Programme Quantum Embark : AWS propose un programme « Quantum Embark » pour guider les clients de la « curiosité quantique » à la « préparation quantique ». Ce programme comprend des modules de découverte de cas d'utilisation, de formation et d'activation (à l'aide d'Amazon Braket), ainsi que des plongées approfondies dans la recherche.
• Accès au matériel : Braket donne accès aux ordinateurs quantiques de plusieurs fournisseurs, ce qui permet aux clients d'expérimenter différentes modalités matérielles. Cela comprend les ordinateurs à base d'atomes neutres (comme QuEra) et les dispositifs supraconducteurs.
• Paiement à l'utilisation : Braket fonctionne sur un modèle de paiement à l'utilisation, ce qui est important en raison de la nature évolutive du matériel quantique. À mesure que de nouvelles générations d'appareils apparaissent, les clients peuvent facilement passer à un autre modèle sans coûts initiaux importants.
• Normalisation : AWS vise à normaliser les modèles d'accès, les piles logicielles et les modèles de tarification sur différentes plateformes quantiques. L'objectif est de réduire les risques et d'aider les clients à identifier les opportunités.
• Braket Direct : Cette fonctionnalité permet aux chercheurs d'interagir directement avec les fournisseurs de matériel, favorisant ainsi l'innovation et permettant aux experts de repousser les limites de la technologie. Elle sert de bac à sable d'innovation pour les experts désireux de travailler avec moins de barrières.
• Intégration avec NVIDIA CUDA-Q : Amazon Braket prend en charge CUDA-Q de NVIDIA, ce qui permet aux clients d'exécuter des programmes CUDA-Q sur des simulateurs et divers ordinateurs quantiques disponibles via Braket. Cette intégration donne accès aux processeurs et aux GPU sur Amazon Braket.
• Approche hybride : reconnaissant que l'informatique quantique fait toujours partie d'un flux de travail hybride, AWS collabore avec NVIDIA pour définir la vision architecturale du calcul classique évolutif et des ordinateurs quantiques dans le cloud.

Brackett a été conçu pour rendre l'informatique quantique accessible. Il réduit également les risques associés à l'investissement dans les technologies quantiques émergentes. Il permet aux utilisateurs d'expérimenter différentes options matérielles. La plateforme vise à offrir une expérience utilisateur cohérente.

4. IBM

IBM produit des processeurs quantiques de plus en plus grands. IBM possède le plus grand ordinateur quantique existant.

Voici ce que nous savons des efforts d’IBM en matière d’informatique quantique :

• Nombre de qubits : En 2023, IBM a établi un record avec 433 qubits .
• Qubits supraconducteurs : IBM utilise des qubits supraconducteurs .
• Partenariats : Microsoft travaille avec IBM (entre autres) pour garantir que sa pile logicielle fonctionne avec différents types d'ordinateurs quantiques.
• Expérience Quantique : L'ordinateur quantique d'IBM peut être visité.
• Concurrence : Microsoft reconnaît IBM comme un concurrent dans le domaine de l’informatique quantique.

Autres entreprises notables

D’autres entreprises travaillent dans le domaine de l’informatique quantique, notamment Intel et IonQ.

Un élément différenciant clé entre ces acteurs est leur approche de la technologie des qubits :

• Microsoft se concentre sur les qubits topologiques basés sur les modes zéro de Majorana. Microsoft estime que les qubits topologiques sont fiables, petits et contrôlables, ce qui résout le problème du bruit qui crée des erreurs dans les qubits.
• Google et IBM utilisent des circuits supraconducteurs , tandis qu'IonQ utilise des ions piégés . Google utilise également des qubits et des coupleurs accordables.

Ces entreprises investissent dans l’informatique quantique pour résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas gérer, avec le potentiel de révolutionner des domaines comme la chimie, la science des matériaux et la médecine.