Google lance le XPRIZE Quantum Applications, un concours mondial de 5 millions de dollars dont le but est d’aider à concevoir des algorithmes quantiques pour des applications réelles. Il s’étalera sur trois ans. En effet, bien qu’il ait déjà été démontré que les ordinateurs quantiques peuvent résoudre certains problèmes beaucoup plus rapidement que les ordinaires classiques, la grande majorité des algorithmes concernés n’ont pas d’utilité pratique. L’entreprise espère changer cela en appelant la communauté scientifique à chercher comment appliquer la technologie à la résolution des plus grands défis mondiaux.
Les ordinateurs quantiques ont un énorme potentiel pour la résolution des grands défis sociétaux. Des études menées par Google (et pas que) ont par exemple montré que ces derniers pourraient être utilisés pour accélérer le développement de nouveaux médicaments, la conception de nouveaux matériaux plus performants et plus durables, de composants pour batteries plus efficaces, de réacteurs à fusion, etc.
Un manque d’utilité pratique
Parmi les applications explorées par l’entreprise figure par exemple le développement d’algorithmes quantiques pour analyser les interactions chimiques du cytochrome P450 (CYP450). Il s’agit d’une famille d’enzymes essentielle au métabolisme des médicaments, dont l’analyse des interactions avec ces derniers en détermine l’efficacité. Cependant, les réactions sont si complexes qu’il est particulièrement difficile pour les scientifiques de les anticiper — ce qui entrave le développement de nouvelles molécules thérapeutiques.
En effet, le processus métabolique du CYP450 comprend une chaîne complexe de réactions induisant de nombreux changements intermédiaires dans la structure moléculaire de l’enzyme. Google a démontré dans son étude qu’avec un ordinateur quantique, les scientifiques seraient en mesure de suivre cette chaîne de changement avec une plus grande précision et avec nettement moins de temps et de ressources.
Dans une autre recherche, des ingénieurs de Google ont montré comment l’informatique quantique pourrait être utilisée pour étudier des alternatives plus durables au cobalt, utilisé pour les cathodes des batteries lithium-ion. Les chercheurs ont utilisé une technique de simulation quantique pour développer des algorithmes permettant d’analyser les énergies relatives de quelques structures candidates à la substitution du cobalt. Il s’agirait d’une opération nécessitant des dizaines de millions qubits, trop coûteuse à réaliser avec des ordinateurs classiques.
Cependant, ces démonstrations ne sont que de simples références mathématiques sans possibilité d’application réelle. C’est-à-dire qu’elles n’ont pas d’utilité pratique. « La plupart des algorithmes quantiques ont été étudiés principalement dans le contexte de problèmes mathématiques abstraits et moins de travail a été consacré à l’évaluation de ces algorithmes pour des cas d’utilisation spécifiques et réels », expliquent dans un communiqué de l’entreprise Brigitte Hoyer Gosselink, directrice de Google.org et Ryan Babbush, responsable des algorithmes quantiques chez Google Quantum AI.
En d’autres termes, « même s’il existe de nombreuses raisons d’être optimistes quant au potentiel de l’informatique quantique, nous ne savons toujours pas exactement comment, quand et pour quels problèmes du monde réel cette technologie s’avérera la plus transformatrice », ont-ils écrit. D’un autre côté, la quantification de la taille nécessaire à un ordinateur quantique pour offrir de réels avantages par rapport à son homologue classique est également peu explorée.
Afin d’orienter davantage les recherches vers les applications réelles, l’entreprise invite les chercheurs du monde entier à participer au XPRIZE Quantum Applications pour développer des algorithmes quantiques pouvant avoir des impacts positifs sur la société.
Des algorithmes conformes aux ODD des Nations unies
Le nouveau concours de Google vise à générer des algorithmes informatiques quantiques pouvant être appliqués à des objectifs bénéfiques pour la société, dont les 17 objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies. La compétition inclut les applications à court terme pour les ordinateurs quantiques Noisy Intermediate Scale Quantum (ou NISQ, qui sont des ordinateurs quantiques imparfaits et de taille intermédiaire) et les applications à moyen terme impliquant la disponibilité à grande échelle des futurs ordinateurs quantiques tolérants aux erreurs.
Cependant, divers experts estiment qu’afin de développer des algorithmes qui pourraient avoir des applications réelles, il faudrait d’abord trouver un moyen de gérer les bruits et les erreurs inhérents aux dispositifs actuels. Selon Bill Fefferman, chercheur à l’Université de Chicago, il est peu probable que nous soyons en mesure de découvrir ces algorithmes et de les mettre en œuvre sur le matériel actuel au cours des trois prochaines années.
Néanmoins, « même si nous pensons qu’il existe des applications utiles à découvrir dans l’ère NISQ, l’essentiel de l’impact de l’informatique quantique viendra une fois que nous aurons construit des ordinateurs quantiques à grande échelle — et nous pouvons identifier ces applications dès maintenant, nous les avons donc prêtes à être déployées au fur et à mesure que nous développons du matériel plus performant », estiment les responsables de Google.
Pour être éligibles, les équipes candidates devront décrire l’application socialement bénéfique qu’elles souhaitent aborder. Elles devront aussi fournir une analyse du temps de traitement (avant de déboucher sur une solution) de leur algorithme sur un ordinateur quantique. Les algorithmes seront également jugés selon une série d’autres critères, tels que l’ampleur des impacts positifs qu’ils pourraient avoir, ainsi que la preuve de leur rapidité par rapport aux algorithmes classiques. Les propositions seront évaluées pendant les trois prochaines années par un groupe d’experts intersectoriels de renommée mondiale.
Le montant de 5 millions de dollars sera divisé entre 20 demi-finalistes qui recevront chacun 50 000 dollars, 5 finalistes qui se partageront 1 million de dollars et 3 grands gagnants à qui seront attribués les 3 millions restants. Plus de détails sur le concours, ainsi que le formulaire d’inscription, sont disponibles sur le site web du prix.