La rivalité technologique entre les États-Unis et la Chine s’intensifie, notamment dans le domaine de l’informatique quantique, désormais considérée comme un enjeu technologique majeur. Récemment, Microsoft a dévoilé Majorana 1, la première puce quantique reposant sur une architecture topologique, qui pourrait permettre de résoudre en quelques années des problèmes nécessitant actuellement plusieurs décennies de calcul. Satya Nadella, PDG de Microsoft, a comparé cette avancée à une « révolution comparable à l’invention du transistor ». En réponse, la Chine a rapidement dévoilé son propre prototype de puce quantique avancée : Zuchongzhi 3.0. L’ordinateur quantique expérimental qui en a été doté aurait montré une vitesse de calcul un million de milliards de fois supérieure à celle des superordinateurs les plus puissants.
Dévoilée lundi par une équipe de physiciens chinois, cette nouvelle puce quantique dotée de 105 qubits constitue une avancée stratégique pour la recherche chinoise en informatique quantique. Elle aurait également établi un record en matière de calcul quantique pour les systèmes supraconducteurs.
L’un des objectifs des chercheurs du monde entier est de concevoir des ordinateurs quantiques capables d’exécuter des calculs viables et inaccessibles aux machines classiques. L’un des tests de référence dans ce domaine est l’échantillonnage aléatoire des circuits (Random Circuit Sampling, RCS).
Depuis plusieurs années, les États-Unis et la Chine se livrent une bataille acharnée dans cette discipline. En 2019, Google a marqué les esprits avec son processeur quantique Sycamore, parvenant à réaliser en 200 secondes un calcul qui aurait nécessité 10 000 ans sur le supercalculateur le plus puissant de l’époque. Un an plus tard, la Chine avait présenté Jiuzhang, exploitant une approche quantique différente basée sur la photonique.
En 2021, le pays a franchi un nouveau cap en mettant au point Zuchongzhi 2.1, un système de 66 qubits. La Chine devenait ainsi la première nation à revendiquer un avantage en calcul quantique sur deux plateformes distinctes : Jiuzhang, qui utilisait des particules de lumière pour effectuer des calculs quantiques, et Zuchongzhi 2.1, qui reposait sur des circuits supraconducteurs pour manipuler les qubits.
Un nouveau bond technologique
Aujourd’hui, avec Zuchongzhi 3.0, conçu par des physiciens de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC), la Chine franchit une nouvelle étape décisive. Dotée de 105 qubits et de 182 coupleurs, cette puce quantique effectue (placée dans un ordinateur quantique) des calculs d’échantillonnage aléatoire 10¹⁵ fois (un million de milliards) plus rapidement que le deuxième supercalculateur le plus puissant au monde, Frontier, selon les résultats publiés dans Physical Review Letters.
Selon Pan Jianwei, directeur de la recherche, et son équipe, Zuchongzhi 3.0 améliore considérablement les performances de son prédécesseur et atteint une puissance de calcul quantique inégalée. Il serait même un million de fois plus rapide que ce qui peut être déduit des résultats obtenus par Google dans des expériences quantiques similaires réalisées en octobre 2024, notamment dans l’échantillonnage de circuits aléatoires (selon le communiqué de l’entreprise).
Les chercheurs expliquent que reproduire cette tâche sur un supercalculateur classique nécessiterait environ 5,9 milliards d’années, une estimation basée sur les performances actuelles des systèmes classiques et la complexité des calculs réalisés par Zuchongzhi 3.0. D’après les scientifiques, il s’agit « d’une nouvelle référence en matière d’avantage quantique » et cela représente « une mise à niveau majeure par rapport à son prédécesseur à 66 qubits ».
Vers de nouvelles applications et une correction automatique des erreurs quantiques
L’amélioration des performances de la puce Zuchongzhi 3.0 repose sur l’optimisation des procédés de fabrication et de la configuration du circuit du processeur. Selon les chercheurs, ces avancées pourraient ouvrir la voie à des applications concrètes, notamment dans la découverte de nouveaux médicaments et l’intelligence artificielle.
Par ailleurs, les systèmes quantiques, grâce à leur capacité à factoriser de grands nombres de manière exponentielle, pourraient à terme mettre à mal les protocoles de chiffrage actuels. Cette inquiétude incite les grandes puissances à investir désormais dans la cybersécurité quantique.
La Chine a déjà pris les devants en développant des technologies de communication quantique sécurisée. En 2016, le satellite quantique Micius avait permis d’établir la première transmission chiffrée inviolable via l’intrication quantique, démontrant ainsi le potentiel de ces nouvelles infrastructures de communication.
« Notre travail, non seulement repousse les frontières de l’informatique quantique, mais jette également les bases d’une nouvelle ère où les processeurs quantiques joueront un rôle essentiel pour résoudre des défis complexes du monde réel », ont déclaré les physiciens dans leur étude.
Parallèlement, l’équipe chinoise explore différentes pistes de recherche, parmi lesquelles la correction automatique des erreurs quantiques, l’intrication quantique, la simulation quantique et la chimie quantique. Un des axes prioritaires porte sur l’amélioration du code de surface, une méthode de correction des erreurs quantiques, actuellement à une distance de code de 7 — signifie qu’un ordinateur quantique utilise un schéma de correction d’erreurs où au moins 7 qubits sont nécessaires pour provoquer une erreur irréparable. L’objectif est de porter cette distance à 9, puis à 11, afin de préparer l’intégration et le contrôle à grande échelle des qubits. Avec Zuchongzhi 3.0, la Chine consolide ainsi son avance dans la course à l’informatique quantique.