Le guide du DSI sur l’informatique quantique

La technologie informatique quantique est entourée de mythes et de mystiques – ce qui est compréhensible lorsque l’on considère les clichés qui l’entourent quand on en parle: «les ordinateurs quantiques fonctionneront plus vite que la vitesse de la lumière». “Les ordinateurs Quantum remplaceront tous les systèmes conventionnels”.

"L'informatique quantique rendra obsolètes tous les algorithmes de chiffrement de sécurité". Les DSI ont été inondés de battage publicitaire, mais ils doivent apprendre à réduire le bruit pour comprendre le pouvoir perturbateur de l'informatique quantique et ses applications potentielles dans l'intelligence artificielle (AI), l'apprentissage automatique et la science des données.

Bien que les solutions quantiques puissent bien révolutionner l’ensemble du secteur informatique, avec des impacts économiques, industriels et sociétaux considérables, elles ne fonctionneront pas à la vitesse de la lumière, ne remplaceront pas les systèmes actuels ou ne rendront pas tous les chiffrements de sécurité superflus du jour au lendemain.

L'informatique quantique ne doit cependant pas être ignorée. Il recèle un potentiel énorme dans les domaines de la chimie, de l'optimisation, du ML et de l'IA, et pourra traiter les principales opportunités dans ces domaines actuellement inaccessibles en raison des limitations de l'architecture informatique classique.

Qu'est-ce que l'informatique quantique?

L'informatique quantique est un type d'informatique non classique basée sur l'état quantique des particules subatomiques. Il diffère fondamentalement des ordinateurs classiques, qui utilisent des bits binaires. L'informatique quantique utilise des bits quantiques, ou qubits. Un qubit peut représenter une plage de valeurs appelée «superposition».

La superposition permet aux ordinateurs quantiques d’accéder à la vitesse et au parallélisme, chaque bit individuel pouvant représenter une solution quantitative à un problème. Les Qubits peuvent également être liés (appelé «enchevêtrement»). Chaque qubit enchevêtré ajoute deux dimensions supplémentaires au système. Combinés à la superposition, les ordinateurs quantiques sont capables de traiter un grand nombre de résultats possibles à la fois. Le nombre de qubits de haute qualité nécessaires pour créer un ordinateur quantique viable dépend du problème.

La capacité d'un ordinateur quantique à surpasser un ordinateur classique est appelée «suprématie quantique». Les experts prévoient que la suprématie quantique deviendra une réalité dans quelques années pour un nombre limité de problèmes informatiques.

Applications potentielles de l'informatique quantique

Étant donné qu'il est peu probable que l'informatique quantique à usage général ait toujours un sens économique, les applications de la technologie seront étroites et très ciblées. Néanmoins, la technologie a le potentiel de révolutionner certaines industries. L'informatique quantique pourrait permettre des percées dans:

• Apprentissage automatique: ML améliorée grâce à une prédiction structurée plus rapide. Les exemples incluent les machines Boltzmann, les machines Boltzmann quantiques, l'apprentissage semi-supervisé, l'apprentissage non supervisé et l'apprentissage en profondeur;
• Intelligence artificielle: des calculs plus rapides pourraient améliorer la perception, la compréhension et le diagnostic des défauts de circuit / classificateurs binaires;
• Chimie: De nouveaux engrais, catalyseurs et compositions chimiques pour les batteries permettront d’améliorer l’utilisation des ressources;
• Biochimie: nouveaux médicaments, médicaments sur mesure et peut-être même restaurateurs de cheveux;
• Finance: l'informatique quantique pourrait permettre des simulations Monte Carlo plus rapides et plus complexes; par exemple, négociation, optimisation de trajectoire, instabilité de marché, optimisation de prix et stratégies de couverture;
• Soins de santé: le séquençage des gènes ADN, tels que l'optimisation du traitement en radiothérapie / la détection de tumeurs cérébrales, pourrait être effectué en quelques secondes au lieu de plusieurs heures ou de plusieurs semaines;
• Matériaux: matériaux super forts; peintures anti-corrosion; lubrifiants et semi-conducteurs;
• Informatique: fonctions de recherche multidimensionnelle plus rapides; par exemple, l'optimisation des requêtes, les mathématiques et les simulations.

Le risque d'ignorer l'informatique quantique

Alors que de nombreux aspects de l’informatique quantique restent incertains, tels que la physique, les matériaux et les contrôles, les multinationales telles que IBM, Google, Intel et Microsoft investissent déjà beaucoup dans le matériel et les logiciels.

Les DSI devraient considérer la technologie informatique quantique comme un avantage concurrentiel, car de nouveaux algorithmes inspirés par les technologies quantiques pourraient produire des solutions innovantes et de nouvelles approches pour le développement de produits. Cela pourrait également réduire considérablement les délais de mise sur le marché et optimiser la livraison aux clients.

De plus, ignorer l'informatique quantique pourrait bien mettre en péril la propriété intellectuelle et les portefeuilles de brevets: les premiers utilisateurs bénéficieront d'un avantage concurrentiel en faisant breveter des innovations inspirées par des technologies quantiques dans des domaines spécifiques. Par exemple, un concurrent pourrait développer une solution quantique pour améliorer les simulations de Monte Carlo de 1 000%, ou une société pharmaceutique pourrait réduire considérablement le délai de mise sur le marché de nouveaux médicaments.

Les réalités de l'informatique quantique

Nous vivons actuellement une période hivernale importante, c’est-à-dire que le battage médiatique dépasse le développement, ce qui peut avoir un impact négatif sur les perceptions et les investissements. Le battage médiatique augmente la sensibilisation tout en fixant des attentes irréalistes en matière de calendrier et de capacités. Ce niveau de battage médiatique est assuré de laisser place à la désillusion, qui est particulièrement dangereuse pour l’informatique quantique, car elle nécessite des investissements soutenus et ciblés à long terme.

Comme la physique fondamentale de l'informatique quantique reste en développement, des résultats cohérents n'apparaîtront pas avant au moins 5 à 10 ans. Ainsi, tout investissement dans la recherche d'opportunités d'informatique quantique doit rapporter en découvertes monétisables.

La logistique requise pour les ordinateurs quantiques est spécifique: les environnements doivent être refroidis à 0,015 Kelvin et les processeurs doivent être placés dans des réfrigérateurs à dilution protégés 50 000 fois moins que le champ magnétique terrestre. Il faut également calibrer plusieurs fois par jour. Ces conditions de maintenance ne sont pas viables pour la majorité des organisations. Gartner recommande aux entreprises intéressées par l'informatique quantique de tirer parti de l'informatique quantique en tant que service (QCaaS) pour minimiser les risques et limiter les coûts. D'ici 2023, 95% des organisations à la recherche de stratégies informatiques quantiques utiliseront le QCaaS.

Globalement, il reste plus prudent de sous-investir dans la technologie ou d'investir dans des employés qualifiés pouvant être pleinement productifs en tant que chefs de produit dans les domaines générant des revenus. Au fur et à mesure que les opportunités d’informatique quantique se présentent, ces responsables produits auront les compétences pour y faire face. Gartner a identifié un nombre surprenant de physiciens quantiques diplômés dans des rôles de gestion de produits.

Les DSI doivent se concentrer sur la valeur commerciale et s'attendre à des résultats dans au moins cinq ans.

D'ici 2023, 90% des investissements en informatique quantique des entreprises feront appel à des organisations de conseil quantique pour aider à résoudre les problèmes susceptibles de tirer parti des algorithmes quantiques. Savoir comment identifier et extraire la valeur commerciale d'une initiative d'informatique quantique est une compétence clé à développer. Les DSI doivent rechercher les opportunités potentielles issues de l'informatique quantique et être prêts à aider l'entreprise à les exploiter.

Ces opportunités devront être entièrement intégrées aux technologies de l'information traditionnelles et nécessiteront une nouvelle collaboration croisée de la part des scientifiques de la recherche, des scientifiques des données informatiques et des scientifiques des données quantiques. Ce nouveau paradigme de développement est essentiel au succès de tout programme quantique.

Matthew Brisse est vice-président de la recherche à Gartner.