Quantum Computers Aren’t What You Think — They’re Cooler | Hartmut Neven | TED

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: eric vautier

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Je m'appelle Harmut et je dirige Google Quantum AI.

I have been working on quantum computing since 2012.

Je travaille dans l'informatique quantique depuis 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

Et je vais vous dire pourquoi c'est si intrigant.

Today's computers, like your laptop or a server at a Google data center,

Les ordinateurs actuels, votre laptop, un serveur dans un data center de Google,

operate on the binary logic of zeros and ones.

opère selon une logique binaire de zéros et de uns.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

Un ordinateur quantique comme celui-ci remplace la logique binaire

with the laws of quantum physics that gives it more powerful operations,

par les lois de la physique quantique qui permettent des opérations plus puissantes,

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

et de réaliser certains calculs en moins d'étapes.

So where does this superpower come from?

Mais d'où provient ce super pouvoir ?

Quantum computing is the first technology

L'informatique quantique est la première technologie au monde

that takes the idea serious that we live in a multiverse.

à prendre au sérieux l'idée que nous vivons dans un multivers.

It can be seen as farming out computations to parallel universes.

On peut voir cela comme déléguer les calculs à des univers parallèles.

Let me explain.

Je vais vous expliquer.

In quantum physics,

En physique quantique,

the key mathematical object

l'objet mathématique central

to describe many worlds is called superposition.

pour décrire les nombreux mondes est appelé superposition.

To understand what it is, let's look at this simple system.

Regardons ce système simple pour comprendre ce que c'est.

You just need three bits to describe it.

On a besoin de trois bits pour le décrire.

Each coin is a two-state system.

Chaque pièce est un système avec deux états.

Heads or tails,

Pile ou face.

zero or one.

Zéro ou un.

We look at a start state.

Regardons l'état de départ.

If I were to know which forces act on the system,

Si je savais quelles forces agissent sur le système,

then I can predict its trajectory and future states.

je pourrais prédire sa trajectoire et ses états à venir.

This is how we reason in classical physics and also in everyday life.

C'est ainsi que nous raisonnons en physique classique et dans le quotidien.

But if you were to treat this as a quantum system,

Mais si on l'envisage comme un système quantique,

then it can branch into many configurations simultaneously.

il peut se diffracter en plusieurs configurations simultanées.

And we have to keep track of all those trajectories,

Nous devons suivre toutes ces trajectoires

interfere them to make an accurate prediction

et interférer avec elles pour prédire avec précision

of what states we are going to see in the future.

quels états nous allons voir à l'avenir.

So the equations of quantum mechanics

Donc, les équations de la mécanique quantique

tell us that at any time, any object,

nous disent qu'à n'importe quel instant, n'importe quel objet,

myself or the world at large,

moi, ou le monde en général,

exists in a superposition of many configurations.

existe dans une superposition de nombreuses configurations.

Intriguingly, look around in this room.

Curieusement, si nous nous observons,

We are forming a configuration too.

nous formons aussi une configuration.

And the equations of quantum physics would suggest

Et les équations de la physique quantique suggèrent

that we sit in different arrangements in different worlds.

que nous sommes assis dans d'autres configurations dans des mondes différents.

This superpower can be applied to computation.

Ce super pouvoir peut être appliqué à l'informatique.

Picture a search task.

Prenons une tâche de recherche.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

On peut envisager une très grande armoire avec un million de tiroirs.

I place an item in one of the drawers.

Je dépose un élément dans un des tiroirs.

How many drawers do you have to open to find the item?

Combien de tiroirs devrez-vous ouvrir pour trouver cet élément ?

In average it will be half a million,

En moyenne, ce sera un demi-million.

but if you had access to a quantum algorithm,

Mais avec des algorithmes quantiques,

it would only be 1,000 steps to find the item.

on n'est plus qu'à mille étapes avant de le trouver.

How in the world can this be?

Comment est-ce possible ?

Indeed, it cannot be in a single world.

En fait, on n'a pas qu'un seul monde.

So here you see a good example

Et cet exemple permet de comprendre

of how quantum computing can attain an advantage

comment l'informatique quantique peut gagner un avantage

by performing computations in parallel worlds.

en réalisant des calculs dans des mondes parallèles.

Let me show you how to use a quantum computer in practice.

Je vais vous montrer comment utiliser un ordinateur quantique concrètement.

So here you see a program in Cirq,

Voici un programme en langage Cirq,

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

un langage de programmation basé sur Python

qui exprime les algorithmes quantiques.

It looks like sheet music.

Ça ressemble à une partition.

Each line represents a qubit,

Chaque ligne représente un qubit,

and each box represents an operation.

et chaque boîte représente une opération.

When I hit return,

Quand je tape sur la touche Entrée,

then it gets transmitted to our data center

la demande est envoyée à notre data center de Santa Barbara.

in Santa Barbara.

Here you actually see a live feed of one of our machines.

Voici la transmission en direct d'une de nos machines.

Actually, our most powerful quantum computers now have over 100 qubits.

Un de nos ordinateurs quantiques les plus puissants a un peu plus que 100 qubits.

There, the operations get translated into waveforms,

L'opération est traduite en ondes,

electrical pulses that control the qubits.

des pulsations électriques qui contrôlent les qubits.

You see how the waveforms change as I change the circuit.

Vous constatez la variation des ondes quand je change le circuit.

So this is a simple two-qubit circuit performing quantum search.

C'est juste un simple circuit de deux qubits pour une recherche quantique.

For the programmers among you,

Si vous êtes informaticien,

please note how I find one item in a database of four

remarquez comment je trouve un élément dans une base de données de quatre,

by only doing a single call to the database.

en sollicitant la base de données une seule fois uniquement.

This is something you could not do on an ordinary computer.

C'est impossible à réaliser avec un ordinateur normal.

So what can you do with quantum computers today?

Que peut-on faire aujourd'hui avec un ordinateur quantique ?

We have prepared interesting quantum states

Nous avons préparé des états quantiques intéressants

and studied their properties.

et étudié leurs propriétés.

This has led to dozens of publications

Cela a mené à la publication de dizaines d'articles

in high-impact journals like Nature or Science.

dans des revues très connues, comme Nature et Science.

Actually, I like to think of it as creating little pieces of magic.

J'affectionne l'image que nous créons des petits tours de magie.

For example, one state we prepared

Par exemple, un des états que nous avons préparés

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

peut être vu comme se reproduisant dans un petit trou de ver perméable.

We can use it to learn about the physics of wormholes.

On peut l'utiliser pour comprendre la physique des trous de ver.

We can throw a qubit in

On peut y projeter un qubit

and see how it reappears on the other side.

et voir comment il réapparaît de l'autre côté.

We made time crystals.

On a fabriqué des cristaux temporels.

That's a cool word, isn't it?

Je trouve ce mot super cool.

Like, who doesn't want to have a time crystal as an earring?

Qui ne voudrait pas avoir une boucle d'oreilles en cristal temporel ?

Time crystals have amazing physical properties.

Ces objets ont des propriétés physiques incroyables.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Ils changent périodiquement dans le temps

sans aucun échange d'énergie avec l'environnement.

with the environment.

That's the closest to a perpetual mobile

C'est l'objet le plus proche d'un mobile perpétuel

that the laws of physics allow you to get.

que les lois de la physique nous permettent d'atteindre.

Or a final example, non-abelian anyons.

Un dernier exemple : les anyons non-abéliens.

This is a mouthful,

C'est un mot barbare,

but these are systems that change the overall properties

mais ce sont des systèmes qui modifient leurs propriétés globales

when exchanging two identical parts,

quand ils échangent deux parties identiques,

something humans have never seen before.

du jamais-vu pour les humains.

Because envision a little house made of Lego bricks

Car, imaginez une petite maison en Lego ;

and envision swapping two bricks that look identical.

essayez d'échanger deux briques qui semblent identiques.

In everyday life, you would not notice a difference,

Dans la vie quotidienne, on ne remarquerait pas la différence,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

mais les physiciens quantiques ont prédit qu'il peut exister des systèmes

that exchange or change their properties

qui changent de propriétés

when you exchange two identical parts.

quand on échange deux parties identiques.

To date, nobody has performed

À ce jour, personne n'a réussi une application concrète

a practical application that can only be done on a quantum computer.

qui peut être réalisée seulement sur un ordinateur quantique.

Despite what you may have read in the press.

En dépit de ce que la presse clame.

But today, I'm excited to tell you that we are completing the design

Mais je suis enthousiaste à l'idée de vous annoncer

que nous avons terminé la conception d'un algorithme

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

qui pourrait conduire à la première application commerciale.

This quantum algorithm performs signal processing

Cet algorithme quantique traite le signal

to enable new ways to detect and analyze molecules

pour rendre possible de nouvelles manières de détecter et analyser des molécules

using nuclear electronic spin spectroscopy.

avec la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

À terme, cela pourrait conduire à de super applications commerciales.

Envision a device akin to an electronic nose

Imaginez une machine comparable à un nez électronique

in your phone or smart watch.

dans votre téléphone ou votre montre.

Wouldn't it be awesome if your phone could warn you

Ne serait-il pas formidable que votre dispositif vous avertisse

that you step into a room with dangerous viruses?

que vous entrez dans une salle emplie de virus dangereux ?

Or if your smart watch could detect free radicals in your bloodstream

Ou que votre montre détecte des radicaux libres dans votre circulation sanguine

and tell you it's time to drink your acai juice,

et vous informe qu'il est temps de boire un jus d'açaï,

or warn you of allergens in food

ou vous alerte des allergènes dans votre nourriture,

or many other truly helpful use cases.

et il y a beaucoup d'autres exemples d'utilisation.

To unlock more applications,

Pour développer davantage d'applications,

you will need to build a large error-corrected quantum computer.

on devra construire un ordinateur quantique plus grand

et dont on a corrigé les erreurs.

Here you see our road map.

Voici notre plan

How to build a computer with a million physical qubits.

pour concevoir un ordinateur avec un million de qubits physiques.

It consists of six milestones.

Il y a six étapes majeures.

and we achieved already the first two.

Nous avons déjà accompli les deux premières.

Prior to 2019,

Avant 2019,

nobody had shown a beyond classical computation on a quantum computer.

personne n'avait pu aller au-delà des capacités d'un ordinateur classique

avec un ordinateur quantique.

We were the first to demonstrate it.

Nous sommes les premiers à l'avoir démontré.

Our chip could perform a computation

Notre puce a pu réaliser un calcul

that the then-fastest supercomputer would have needed 10,000 years to do.

que le plus rapide des superordinateurs aurait pris 10 000 ans à réaliser alors.

But recently, we repeated this experiment.

Récemment, nous avons reproduit cette expérience.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

Et Frontier, le superordinateur le plus rapide aujourd'hui,

would need one billion years to perform this computation.

aurait eu besoin d'un milliard d'années pour la réaliser.

This dramatic growth in compute power corroborates Neven's Law,

Cette croissance spectaculaire de la puissance de calcul

corrobore la Loi de Neven,

which says that the power of quantum computers will grow

qui affirme que la puissance des ordinateurs quantiques va s'améliorer

at a double exponential rate.

et doubler à un taux exponentiel.

In 2023, we achieved the second milestone.

En 2023, nous avons atteint notre deuxième jalon.

We demonstrated again for the first time

Nous avons démontré, à nouveau pour la première fois,

that quantum error correction is a scalable technology.

que la correction des erreurs quantiques est une technologie évolutive.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

La correction des erreurs semble rébarbative mais c'est crucial.

Today, our two-qubit operations have an error rate of 1 in 1,000.

Actuellement, nos opérations à deux qubits ont un taux d'erreur de 1 pour 1000.

That means that in every 1,000 steps or so,

Cela signifie que toutes les mille étapes l'ordinateur quantique va se planter.

the quantum computer will crash.

To improve this,

Pour améliorer cela,

we combine many physical qubits to a logical qubit

on combine de nombreux qubits physiques en qubits logiques

to reduce the error rate to 1 in a billion or even less.

pour réduire le taux d'erreur à 1 pour un milliard, ou encore moins.

We are about halfway through our road map,

Nous sommes à mi-chemin de notre plan

and we are optimistic that we will complete it

et sommes optimistes de pouvoir l'accomplir

before the end of this decade.

avant la fin de cette décennie.

We have done analytical and numerical studies

Nous avons réalisé des études analytiques et numériques

to predict which algorithms will be impactful

pour prédire quels algorithmes auront le plus d'impact

on such a large quantum computer.

sur de tels ordinateurs quantiques de grande taille.

A class of applications we like and we call Feynman's killer app,

Une catégorie d'applications que nous affectionnons,

surnommée l'appli Feyman de la mort,

is the simulation of systems where quantum effects are important.

simulent les systèmes où les effets quantiques sont importants.

This is relevant for designing more effective,

C'est intéressant dans la conception de médicaments plus efficaces

more targeted medicines.

et mieux ciblés.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Plus précisément, nous travaillons avec une entreprise pharmaceutique

on algorithms to describe cytochrome P450.

sur des algorithmes pour décrire les cytochromes P450.

This group of enzymes metabolizes about 75 percent of the drugs we take.

C'est un groupe d'enzymes qui métabolisent environ 75 % des médicaments.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

Ou la conception de batteries plus légères et rechargeables plus rapidement

that can hold a larger charge for electric cars

pouvant contenir une charge plus grande pour les véhicules électriques,

or even electric airplanes.

voire les avions électriques.

Or to hasten the design of fusion reactors to help with climate change,

Ou accélérer la conception de réacteurs nucléaires à fusion

pour soulager le changement climatique,

arguably humanity's most urgent challenge.

certainement un des défis les plus urgents de l'humanité.

A recent result is a novel algorithm

Un résultat récent a pris la forme d'un nouvel algorithme

that delivers significant speed up for optimization.

qui permet une accélération significative de l'optimisation.

This is a big deal

C'est un grand pas en avant

because optimization problems are ubiquitous

car les problèmes d'optimisation sont omniprésents

in engineering, finance or machine learning.

en ingénierie, en finance, ou dans l'apprentissage machine.

A way to think about this result is in the future,

Voici une façon d'envisager ce résultat :

à l'avenir, quand une IA jouera aux échecs ou au go avec une IA quantique,

when an AI will play chess or Go against the quantum AI,

the quantum AI will win.

l'IA quantique gagnera.

This result shows that quantum computers

Ce résultat montre que les ordinateurs quantiques

will become a must-have capability

deviendront une capacité indispensable

to serve foundational computational tasks.

pour réaliser des tâches informatiques fondamentales.

I'm also very interested in the intersection of physics

Je m'intéresse également à l'intersection entre la physique

and neurobiology.

et la neurobiologie.

Quantum information science

La science informatique quantique

may enable us to answer one of humanity's deepest questions:

pourrait nous permettre de répondre

à une des questions les plus profondes de l'humanité :

What creates conscious experience?

qu'est-ce qui crée notre expérience consciente ?

An attractive conjecture is that consciousness

Une hypothèse intéressante est que la conscience

is how we experience the emergence

est la manière dont nous vivons l'émergence d'un seul monde classique

of a single classical world

out of the many the multiverse is composed of.

parmi de nombreux multivers dont il fait partie.

With academic collaborators,

Avec des collaborateurs académiques,

I have started a program to experimentally test this conjecture

j'ai lancé un programme pour tester empiriquement cette hypothèse

using methods of quantum neurobiology.

avec des méthodes issues de la neurobiologie quantique.

If our conjecture is correct,

Si notre hypothèse s'avère exacte,

this would allow us to expand human consciousness in space,

cela nous permettrait d'élargir la conscience humaine dans l'espace,

time and complexity.

le temps et en complexité.

In conclusion,

Pour conclure, nous progressons sûrement

we are making steady progress

towards building the world's first useful quantum computer

vers la conception du premier ordinateur quantique utile au monde

and applying its enormous power to important challenges.

pour résoudre des défis importants grâce à ses pouvoirs gigantesques.

A quantum computer will be a gift to future generations,

L'ordinateur quantique sera un don pour les générations à venir,

giving them a new tool to solve problems that today are unsolvable.

leur fournissant le moyen de résoudre des problèmes aujourd'hui insolubles.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)