L’informatique quantique

Un ordinateur conventionnel fonctionne avec un langage binaire. Il ne sait compter et traiter des informations que si elles sont une suite de 0 et de 1. Le processeur d’un ordinateur que l’on pourrait schématiser basiquement comme son cerveau est composé de transistors, c’est à dire des interrupteurs microscopiques qui font passer du courant, 1, ou pas de courant, 0. Ensuite des portes logiques s’occupent d’additionner, soustraire ou comparer ces données. Un processeur de PC moderne possède environ 10 milliards de transistors.

Un bit est l’unité de base, il est soit 0, soit 1. Pour qu’un ordinateur puisse communiquer avec nous, il doit traduire tous nos ordres en 0 et 1, faire ses calculs, puis retransformer ses 0 et 1 en langage compréhensible par un humain.

Quelle est la différence avec un ordinateur quantique ?

Avant cela, je vais juste revenir sur ce qu’est la mécanique quantique.

Il paraît que c’est plus fort que la magie !

Non, il n’y a rien de magique là-dedans. Mais, en effet, de nombreux charlatans essaient de vendre des possibilités magiques sur quelque chose qu’ils croient maîtriser. Alors qu’en réalité, ils mélangent des faits effectivement constatés avec des fantasmes de science-fiction. Et bien sûr, ils n’en apportent pas vraiment la preuve !

Bref, fermons la parenthèse !

Dans l’infiniment petit, nous avons découvert qu’une particule pouvait être dans deux états à la fois. C’est à dire qu’elle peut être à deux ou même plusieurs positions différentes au même moment, tant qu’on ne l’observe pas ou que rien ne vient la perturber. Par contre, si on l’observe, que l’on prenne une mesure, elle n’a plus qu’une seule position. C’est ce que l’on appelle la superposition quantique.

Pour expliquer le principe, le physicien Erwin Schrödinger nous propose d’imaginer une boite, dans lequel on place un chat. On y met également une source radioactive.

Oooh, le pauvre chat !!

Cette source radioactive est mesurée en permanence par un compteur Geiger. Si celui-ci détecte un certain niveau de radioactivité, il casse un flacon contenant un gaz mortel qui tuera instantanément le chat.

Et on ferme la boite.

Non, mais t’es méchant avec Nao !!

Maintenant que la boite est fermée, il est impossible de savoir si le chat est toujours vivant (1), ou s’il est mort (0). Le chat est finalement dans les deux états en même temps, vivant ET mort.

Mais ouvre !! J’espère qu’il va bien, sinon je serais pas contente !

En ouvrant la boite, nous pouvons l’observer. Dans notre cas, il est vivant.

Attention, en réalité un chat ne peut pas être quantique. Cela ne se passe qu’avec des éléments de l’infiniment petit.

Dans la mécanique quantique, seule l’observation permet de connaître la valeur d’une donnée. Tant qu’elle n’est pas observée, elle peut avoir plusieurs valeurs en même temps.

La superposition d’un |0> et d’un |1> s’appelle un qubit, ou bit quantique.

Un ordinateur quantique va donc utiliser comme base un qubit et non plus un bit.

Et qu’est ce que cela change ?

Pour simplifier, quand un ordinateur conventionnel traite une série de bits, il les traite à la queue-leu-leu, les uns après les autres. Un ordinateur quantique recevra des qubits, soit des 0 et des 1 superposés, qu’il traitera en une seule fois. De plus, on peut donner des coefficients sur chaque état d’un qubit, pour varier leur importance dans le résultat.

La puissance d’un ordinateur quantique peut se mesurer en nombre de qubits qu’il peut traiter ainsi à la fois. Un ordinateur quantique pouvant traiter 20 Qubits a l’équivalent de puissance de calcul d’un ordinateur conventionnel de bureau. Pour 40 Qubits, nous avons l’équivalent des plus gros calculateurs du monde. Le jour ou nous arrivons à produire un ordinateur de 300 Qubit, nous obtiendrions la même puissance de calcul que si nous possédions un ordinateur conventionnel de la même taille que l’ensemble de l’univers observable. Aujourd’hui, début 2021, les ordinateurs quantiques les plus puissants font entre 28 et 53 qubits. Et la tendance est presque à une multiplication par deux tous les ans.

Cela doit donner des jeux démentiels dessus !

Et bien, c’est plus compliqué que ça. Un ordinateur quantique va calculer un problème mathématique de façon extrêmement rapide. Mais c’est tout. Pour le reste, un ordinateur conventionnel sera plus rapide car plus polyvalent. Par contre, un ordinateur quantique va pouvoir faire une recherche complexe dans une base de donnée immense en un temps record. Il va crypter ou décrypter un message les deux doigts dans la RAM. Il va séquencer un génome en un claquement de doigt quand il fallait plusieurs années de calculs il y a encore quelques décennies. Cela ouvre des possibilité immenses pour de nouveaux traitements médicaux qui pourraient venir à bout de nombreuses de nos maladies. Etc, etc.

Wow, on aura ça quand à la maison ?

Et bien, figures-toi que c’est là où je voulais en venir. Tu peux déjà accéder à un ordinateur quantique à la maison depuis quelques semaines. Enfin… presque…

Microsoft propose un nouveau service cloud, c’est à dire en ligne, Azure Quantum. Celui-ci permet, de chez soi, de vous connecter à un ordinateur quantique d’environ 11 qubits et d’y développer des applications. Un langage spécifique, le Q# (Q Sharp) est mis à votre disposition pour y arriver. Ce service est avant tout pour permettre aux développeurs de s’initier à la programmation d’un ordinateur quantique, et ainsi d’acquérir de l’expérience avant de pouvoir travailler sur un véritable ordinateur quantique.

Et cela coûte combien ?

Ben… C’est gratuit ! … enfin presque…

C’est gratuit pendant une heure. Microsoft propose des tutoriels pour apprendre à programmer un ordinateur quantique, qui induit une logique totalement différente de la programmation classique. Mais une fois l’heure passée, la suivante est à 800 € !

Une autre solution existe pour s’entraîner. Il existe des simulateurs virtuels d’ordinateurs quantiques comme le Quantum Development Kit, qui contient également le Q#. C’est un kit de développement complet, open-source et gratuit, qui possède un simulateur pour tester ses algorithmes. Bien sur, les capacités de cet ordinateur quantique simulé sont très faibles.

Si vous êtes développeur, démarquez-vous en vous initiant avant tout le monde à l’informatique de demain !

Les cabines de Virgin Hyperloop

Je vous ai déjà présenté le concept de l’hyperloop dans ma chronique numéro 3 que je met en fiche ici.

C’est une sorte de train en lévitation magnétique dans un tube à vide. Il permet de transporter du fret ou des passagers à une vitesse de 1 100 km/h. Tout en sachant qu’un avion de ligne ne dépasse pas les 950 km/h.

Si on imagine une ligne hyperloop entre Paris et Albertville, éloigné de 450 km à vol d’oiseau, en une demi-heure vous êtes sur place et en moins d’une heure, vous êtes sur les pistes de ski ! Si vous préférez la plage, Crotoy situé à 150 km de Paris, sera accessible en moins de 10 mn.

Hyperloop n’est pas une marque, mais un système libre et n’importe quel industriel peut développer son propre modèle. Virgin Hyperloop fut une des premières sociétés créé en 2014 autour de ce projet. En novembre 2020, elle a fait son premier test avec des passagers sur un tronçon de 500 mètres, à une vitesse de 173 km/h.

Le 27 janvier dernier, Virgin Hyperloop a présenté dans une vidéo un voyage tel qu’il pourrait se dérouler dans une capsule hyperloop dans quelques années.

On y découvre une espèce de gare de triage dans le centre d’une ville hypothétique. L’intérieur est semblable à une gare de métro parisien. On y commande son ticket depuis une application sur son smartphone lorsque l’on arrive sur place. L’application vous indique aussitôt l’heure du départ, la porte de votre capsule ainsi que la place qui vous est attribuée. Chaque capsule contient une petite vingtaine de places, en blocs de 2 sièges ou unique, mais également des toilettes. Des messages apparaissent sur des écrans LED intégrés derrière de fines couches de bois. Ils vous invitent à vous asseoir.

A l’heure dite, votre capsule se détache des portes et part rejoindre d’autres capsules avant de commencer le voyage. Les écrans LED indiquent désormais un décompte du temps de voyage restant ainsi que la vitesse du véhicule.

Ici, pas de fenêtre. Nous sommes dans un lieu clos puisque hyperloop se déplace à travers un tube complètement opaque. Pour montrer la stabilité du voyage, la vidéo montre un thé posé sur une tablette qui ne se renverse pas malgré une vitesse de pointe à 670 miles par heures, soit un peu moins de 1 080 km/h.

Lors d’embranchements, chaque capsule prend la direction qui lui a été programmée, qu’importe sa place dans le groupe initial.

Enfin, à l’arrivée en gare, la porte s’ouvre comme si vous sortiez du métro.

Tu compares souvent hyperloop au métro !

C’est normal, car l’analogie dans son utilisation est très proche. Hyperloop permet de mettre l’ensemble d’un territoire comme la France à des durées de transports proches des stations de métro d’une grande ville. En moins d’une heure, nous pourrions traverser la France de bout en bout.

Et c’est pour quand ?

Depuis les débuts des projets hyperloop, vers 2013, on parle d’un horizon de 5 ans. A ce jour, en dehors de pistes d’essais un peu partout dans le monde, dont deux en France, cela ne va pas beaucoup plus loin. De même, aucune capsule n’a atteint la vitesse de croisière prévue de 1 100 km/h. Le record actuel est de 463 km/h, ce qui est loin d’être négligeable.

De nombreuses lignes sont à l’étude un peu partout dans le monde, avec Virgin Hyperloop mais aussi avec l’ensemble de ses concurrents. En réalité, il reste encore quelques défis technologiques avant d’arriver à pouvoir mettre en place un tel moyen de transport. Notamment, je pense aux problèmes de dilatation des pylônes et des tubes ainsi que l’évacuation des passagers en cas de problèmes.

Un bras pour Spot

Spot, le robot chien de Boston Dynamics est commercialisé depuis un peu plus d’un an, avec son modèle Explorer, vendu 74 500 $. Malgré un prix qui peut sembler important, il offre tellement de possibilités que ce sont déjà pas moins de 400 robots qui ont été déployés partout dans le monde.

On retrouve Spot principalement dans le milieu industriel, mais il est également présent dans le nucléaire, la construction, l’universitaire, la santé et même le divertissement.

Boston Dynamics, qui appartient désormais au coréen Hyundai, vient de présenter un nouveau modèle de son robot, particulièrement dédié au secteur industriel, le Spot Entreprise. Celui-ci possède un processeur plus puissant afin de pouvoir s’adapter à plus de situations. La durée de sa batterie est plus longue et le robot peut travailler jusqu’à 1h30 avant de devoir être rechargé.

Désormais, ce modèle n’a plus besoin de l’homme pour remplir sa batterie puisqu’il possède une base de recharge autonome où le robot vient se poser de lui-même en repérant le QR-Code correspondant, un peu à la manière des robots aspirateurs. Pendant sa charge de 2 heures, la base en profite pour sauvegarder les données en grands volumes depuis le robot.

La base est un véritable couteau suisse, car c’est elle qui fournit un serveur Wifi pour le robot afin que l’on puisse le contrôle à distance. Si le robot s’éloigne de son Wifi, il saura de lui-même revenir au dernier point où il le percevait. Pour plus de sécurité, le Wifi du robot n’est pas forcément connecté à Internet, il peut-être utilisé dans un réseau clos.

Le Spot Entreprise peut désormais être piloté à distance par le biais d’une application Web du nom de Scout. Avec elle, vous pouvez piloter le robot comme dans un jeu vidéo en donnant des directions au robot, ou bien en pointant sur le retour caméra l’endroit où vous voulez qu’il aille. Il sais se débrouiller tout seul avec les obstacles pour y arriver. Scout permet également de programmer des routines pour des rondes ou des taches répétitives.

Le principal atout de cette nouvelle version de Spot est évidemment de le transformer en un robot le plus autonome possible. L’humain n’est là plus que pour lui donner des ordres, il doit être capable de se débrouiller pour le reste, même de se relever en cas de chute.

Boston Dynamics a également présenté son bras articulé. C’est très loin d’être la première fois où nous le découvrons, il était même présent sur BigDog depuis des années. Mais, cette fois-ci, le bras est près à être commercialisé. Il fait 1 mètre de long et est replié sur lui-même sur sa moitié. A l’extrémité, nous trouvons une pince articulée contenant des capteurs. Il peut ramasser et porter des objets jusqu’à 5 kg.

Pour le moment, le bras n’est pas utilisable par le logiciel Scout, mais ce n’est probablement qu’une question de temps.

Si vous voulez en savoir plus sur Spot, j’ai interviewé la société Intuitive Robots à Nantes dans ma cinquième chronique que vous pouvez trouvez dans la fiche ici. Intuitive Robots commercialise des solutions basées sur le robot chien de Boston Dynamics.