Google réalise la première simulation quantique d’une réaction chimique

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Par Antoine Gautherie le

Après avoir atteint la "suprématie quantique" en 2019, Google continue ses expériences en informatique quantique. Aujourd'hui, le laboratoire Google AI Quantum vient de passer un nouveau palier avec la simulation quantique d'une réaction chimique.

© Google

En 2020, l’informatique quantique n’en est encore qu’à ses balbutiements. Mais petit à petit, la recherche progresse cette discipline amenée à révolutionner notre société. Aujourd’hui, c’est Google qui annonce dans un article avoir passé un palier symbolique. L’équipe Google AI Quantum a réussi à modéliser une réaction chimique sur son Sycamore, un processeurs de 54 qbits. Ils sont partis d’une molécule de diimide (aussi appelé diazène), et ont simulé une réaction chimique qui change la disposition de deux des atomes qui le constituent. Cette réaction a beau être simple et bien connue, c’est une avancée tout à fait remarquable dans cette discipline encore très exploratoire. Si ce résultat est aussi encourageant, c’est que les problèmes de structure moléculaire font partie des cibles principales de l’informatique quantique.

L’agencement des molécules, hors de portée de l’informatique classique

Les propriétés des molécules dépendent très largement de l’agencement de leurs atomes. Comprendre les phénomènes qui se déroulent à cette échelle, c’est donc la promesse de progrès conséquents en biologie, en science des matériaux, et dans bien d’autres domaines. Sauf que ces problèmes d’organisation 3D des molécules, comme le repliement des protéines, sont bien trop complexes pour nos ordinateurs conventionnels. Rien à voir avec les quelques formules de réaction des livres de cours : à l’échelle atomique, la chimie est un océan de possibilités d’une complexité qui dépasse l’entendement. Il faut par exemple plusieurs jours, voire semaines à un supercalculateur “classique” pour résoudre certains de ces problèmes.

Le diagramme de l’algorithme de Schrödinger-Feynman, qui montre la différence d’échelle dans les temps de calcul des processeurs classiques et quantiques. © Google

Pour réaliser de telles simulations, il faut donc utiliser d’autres technologies… comme l’informatique quantique. Rien à voir avec la force brute de l’informatique traditionnelle : ici, les bits classiques passent à la trappe au profit de quantum bits – ou qbits. Sans rentrer dans le détail, ces unités offrent aux ingénieurs de toutes nouvelles approches de calcul. Cela permet de résoudre en quelques minutes des problèmes qui pourraient prendre des années à un supercalculateur.

Sycamore, de la “suprématie quantique” au supercalculateur du futur

Les chercheurs de Google ont donc fait appel au processeur Sycamore (le processeur qui avait fait grand bruit en 2019 en atteignant la “suprématie quantique”) pour simuler cette réaction du diazène. Cette dernière n’a d’ailleurs pas été choisie au hasard : elle est assez simple pour être simulée par une méthode classique, sans ordinateur quantique. Cela a permis aux chercheurs de comparer les résultats obtenus via Sycamore à ceux issus de l’ordinateur traditionnel dont on sait qu’ils sont fiables.

Bonne nouvelle : les deux résultats ont correspondu, ce qui signifie que Sycamore a bien fait son travail. Une conclusion encourageante, qui ouvre la porte à des simulations encore plus complexes dans le futur. De quoi développer des matériaux plus performants ou de nouveaux médicaments, et faire des pas de géants en physique et chimie fondamentales. C’est aussi une nouvelle étape de franchie vers un ordinateur quantique universel, qui finira très probablement dans les mains du grand public un jour.

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  • PLUCHET, Blandine (Author)