Une avancée révolutionnaire dans l’informatique quantique pourrait accélérer de façon spectaculaire les capacités et applications de l’intelligence artificielle.
Des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers, en Suède, ont développé un amplificateur ultra-efficace présenté comme « l’amplificateur le plus sensible que l’on puisse construire aujourd’hui avec des transistors ». L’équipe est parvenue à réduire sa consommation énergétique à seulement un dixième de celle des meilleurs amplificateurs actuels, sans compromettre les performances.
L’innovation repose sur une conception intelligente qui n’active l’amplificateur que lors de la lecture des données issues des qubits. Cette réduction de la consommation énergétique permet de limiter les interférences avec les qubits et pourrait rendre possible la construction d’ordinateurs quantiques plus grands et plus puissants. La lecture de l’information quantique est extrêmement délicate : même de faibles fluctuations de température, du bruit ou des interférences électromagnétiques peuvent faire perdre leur état quantique aux qubits. Comme les amplificateurs génèrent de la chaleur provoquant la décohérence, les chercheurs s’efforcent de concevoir des amplificateurs de qubits plus efficaces.
Contrairement aux autres amplificateurs à faible bruit, le nouveau dispositif fonctionne par impulsions, ne s’activant que lorsqu’il est nécessaire d’amplifier un signal de qubit au lieu de rester allumé en continu. Puisque l’information quantique est transmise en impulsions, un défi majeur était de garantir que l’amplificateur s’active suffisamment rapidement pour suivre la lecture des qubits. L’équipe de Chalmers a relevé ce défi en utilisant la programmation génétique pour permettre un contrôle intelligent de l’amplificateur, le rendant capable de réagir aux impulsions de qubits en seulement 35 nanosecondes.
Cette avancée est essentielle pour faire évoluer les ordinateurs quantiques vers des systèmes intégrant beaucoup plus de qubits. Plus le nombre de qubits augmente, plus la puissance de calcul et la capacité à traiter des calculs complexes s’accroissent. Cependant, des systèmes quantiques plus grands nécessitent davantage d’amplificateurs, ce qui augmente la consommation énergétique et peut provoquer la décohérence des qubits. « Cette étude apporte une solution pour le passage à l’échelle des ordinateurs quantiques, où la chaleur générée par ces amplificateurs de qubits constitue un facteur limitant majeur », explique Jan Grahn, professeur d’électronique hyperfréquence à Chalmers.
Cette percée coïncide avec des recherches récentes montrant que même des ordinateurs quantiques à petite échelle peuvent améliorer les performances de l’apprentissage automatique grâce à de nouveaux circuits quantiques photoniques. Ces résultats suggèrent que la technologie quantique d’aujourd’hui n’est plus seulement expérimentale : elle peut déjà surpasser les systèmes classiques sur certaines tâches.
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes bien au-delà de la portée des machines les plus puissantes actuelles, ouvrant la voie à des avancées en découverte de médicaments, cybersécurité, intelligence artificielle et logistique. L’amplificateur ultra-efficace développé à Chalmers ne s’active que lors de la lecture des données des qubits. Grâce à sa conception intelligente basée sur des impulsions, il n’utilise qu’un dixième de l’énergie requise par les meilleurs modèles actuels.
De nombreux modèles de langage de grande taille nécessitent aujourd’hui plus d’un million d’heures GPU pour être entraînés, alors que les réseaux neuronaux quantiques promettent un traitement plus efficace des ensembles de données complexes et de grande dimension par rapport aux réseaux neuronaux classiques. Au-delà des gains de vitesse, l’informatique quantique pourrait révolutionner l’IA grâce à des algorithmes d’optimisation avancés, des simulations de modèles plus sophistiquées et une consommation d’énergie considérablement réduite pour l’entraînement des modèles d’IA.
« Nous nous attendons à ce que les premières avancées majeures en IA quantique émergent d’ici la fin de cette décennie et le début de la suivante, à mesure que nous passerons des dispositifs quantiques bruyants actuels à des ordinateurs quantiques corrigés d’erreurs disposant de dizaines à des centaines de qubits logiques », explique la Dr Ines de Vega, responsable de l’innovation quantique chez IQM. « Ces machines nous permettront de dépasser les algorithmes quantiques NISQ purement expérimentaux, ouvrant la voie à des avantages pratiques et potentiellement inattendus pour les applications d’IA. La fusion de l’informatique quantique et de l’IA pourrait avoir un impact considérable sur le monde. Ensemble, le quantique et l’IA pourraient résoudre des problèmes inaccessibles aux ordinateurs classiques, rendant l’IA plus efficace, plus rapide et plus puissante. »