{"id":16251,"date":"2018-08-03T12:53:58","date_gmt":"2018-08-03T11:53:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=16251"},"modified":"2018-08-13T07:33:16","modified_gmt":"2018-08-13T06:33:16","slug":"comprendre-informatique-quantique-applications-metiers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-applications-metiers\/","title":{"rendered":"Comprendre l&#8217;informatique quantique &#8211; applications m\u00e9tiers"},"content":{"rendered":"<p>Dans les parties pr\u00e9c\u00e9dentes de cette longue s\u00e9rie sur l\u2019informatique quantique, nous avons examin\u00e9 les <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-algorithmes-et-applications\/\">grands algorithmes disponibles<\/a> pour le calcul quantique, la <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-complexite\/\">th\u00e9orie de la complexit\u00e9<\/a> puis les <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-outils-de-developpement\/\">outils de d\u00e9veloppement<\/a>. Les algorithmes \u00e9voqu\u00e9s \u00e9taient dans l\u2019ensemble de bas niveau. Il reste \u00e0 les assembler dans des solutions m\u00e9tiers, march\u00e9 par march\u00e9. Le secteur du calcul quantique est encore des plus immatures. Et pour cause puisque les ordinateurs quantiques sont tr\u00e8s limit\u00e9s \u00e0 ce stade.<\/p>\n<p>Nous en sommes aujourd\u2019hui dans une \u00e9tape \u00e9quivalente \u00e0 celle de l\u2019industrie informatique au milieu des ann\u00e9es 1950, une \u00e9poque o\u00f9 l\u2019industrie du logiciel \u00e9tait plus que balbutiante. C\u2019\u00e9tait aussi les d\u00e9buts de l\u2019intelligence artificielle avec le fameux Summer Camp de Darmouth de l\u2019\u00e9t\u00e9 1956 dont certains des travaux, notamment sur la vision artificielle, n\u2019ont pu aboutir que plus de 30 ans apr\u00e8s, avec l\u2019invention des r\u00e9seaux convolutionnels de Yann LeCun, et depuis moins d\u2019une demi-douzaine d\u2019ann\u00e9es, gr\u00e2ce aux progr\u00e8s des GPU et autres processeurs sp\u00e9cialis\u00e9s.<\/p>\n<p><strong>Sc\u00e9nario d\u2019\u00e9volution du march\u00e9<\/strong><\/p>\n<p>Bien malin serait celui qui pr\u00e9dirait \u00e0 quelle vitesse les applications quantiques \u00e9mergeront march\u00e9 par march\u00e9. Suivra-t-elle une exponentielle de croissance du march\u00e9 fulgurante digne de celles de la microinformatique et des smartphones ?<\/p>\n<p>Je vais tenter l\u2019exercice en reliant cette vitesse \u00e0 quelques grandes \u00e9volutions \u00e0 venir :<\/p>\n<ul>\n<li>L\u2019apparition de <strong>calculateurs quantiques universels <\/strong>de plus d\u2019une centaine de qubits logiques, ce qui pourrait arriver d\u2019ici une dizaine d\u2019ann\u00e9es. En parall\u00e8le vont continuer \u00e0 se d\u00e9velopper les solutions d\u2019optimisation adapt\u00e9es aux ordinateurs \u00e0 recuit quantique de D-Wave.<\/li>\n<li>La consolidation du march\u00e9 des <strong>outils de mod\u00e9lisation et de d\u00e9veloppement <\/strong>de solutions quantiques. Les outils sont d\u00e9j\u00e0 bien nombreux comme nous avons pu le voir dans la partie pr\u00e9c\u00e9dente. Ils vont continuer de gagner en maturation, notamment en \u00e9levant leur niveau d\u2019abstraction, et s\u2019adapter aux \u00e9volutions du mat\u00e9riel. Des biblioth\u00e8ques adapt\u00e9es aux besoins de march\u00e9s sp\u00e9cifiques feront sans doutes leur apparition comme dans la simulation mol\u00e9culaire ou la finance.<\/li>\n<li>La <strong>formation de d\u00e9veloppeurs <\/strong>de solutions d\u2019un nouveau genre capables de g\u00e9rer des abstractions qui n\u2019ont rien \u00e0 voir avec les diff\u00e9rentes formes de programmation proc\u00e9durale qui dominent l\u2019informatique actuelle, m\u00eame dans ses variantes de programmation \u00e9v\u00e9nementielle qui sont courantes dans la cr\u00e9ation de sites web et applications graphiques. Une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration de concepteurs d\u2019algorithmes et de d\u00e9veloppeurs verra le jour. Ce seront probablement des professionnels jeunes qui auront pu dig\u00e9rer les nouveaux concepts du quantique avec un esprit neuf.<\/li>\n<li>Les <strong>premiers retours d\u2019exp\u00e9riences <\/strong>de projets pilotes, d\u00e9j\u00e0 engag\u00e9s, notamment sur D-Wave. On continuera \u00e0 se poser d\u2019\u00e9pineuses questions sur la comparaison objective entre algorithmes quantiques, architectures mat\u00e9rielles quantiques et leurs \u00e9quivalents tournant (ou pas) sur supercalculateurs. Il faudra aussi faire le tri en \u201cproof of concepts\u201d et projets r\u00e9ellement d\u00e9ploy\u00e9s. Dans de nombreux march\u00e9s, l\u2019ordinateur quantique sera d\u2019abord un instrument de travail pour les chercheurs.<\/li>\n<li>L\u2019\u00e9mergence d\u2019un <strong>tissu de startups <\/strong>qui dynamisera le march\u00e9, probablement l\u00e9g\u00e8rement en avance de phase par rapport aux \u00e9diteurs de logiciels traditionnels et aux entreprises de services num\u00e9riques qui ne s\u2019aventureront pas forc\u00e9ment en premier dans ce nouveau monde du quantique. Elles sont peu nombreuses \u00e0 ce stade comme nous le verrons dans une partie \u00e0 venir. Les places restent \u00e0 prendre.<\/li>\n<li>L\u2019apparition de solutions \u00e0 base d\u2019ordinateurs quantiques qui auront un <strong>impact sur notre vie de tous les jours<\/strong>. Donc, des applications grand public. Nous devrions en effet voir les usages du quantique \u00e9voluer progressivement des milieux de la recherche, \u00e0 ceux des entreprises, puis des applications grand public. La premi\u00e8re application grand public que l\u2019on peut avoir en t\u00eate est celle de l\u2019optimisation des transports. Mais d\u2019autres applications restent \u00e0 inventer.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Comme avant chaque grande r\u00e9volution technologique, les pr\u00e9visions sont difficiles \u00e0 faire. Aucune de celles qui pr\u00e9c\u00e9daient l\u2019arriv\u00e9e des micro-ordinateurs, d\u2019Internet, du web 2.0 ou de la mobilit\u00e9 ont vu juste, notamment sur la hi\u00e9rarchie d\u2019importance de l\u2019adoption des solutions \u00e0 la fois dans les march\u00e9s grand public et professionnels.<\/p>\n<p>Les pr\u00e9visions du <strong>BCG<\/strong> illustrent cette forte incertitude. Dans <a href=\"http:\/\/image-src.bcg.com\/Images\/BCG-The-Coming-Quantum-Leap-in-Computing-May-2018_tcm98-192644.pdf\">The coming quantum leap in computing<\/a>, mai 2018 (19 pages), les pr\u00e9visions de croissance du business autour du quantique sont pr\u00e9sent\u00e9es avec plusieurs sc\u00e9narios : l\u2019un, optimiste, qui fait d\u00e9marrer la croissance vers 2030 et l\u2019autre, tr\u00e8s conservateur, qui le fait d\u00e9coller seulement apr\u00e8s 2040. Ils n\u2019int\u00e8grent visiblement pas le sc\u00e9nario de l\u2019\u00e9mergence du NISQ, ou \u201cNoisy Intermediate-Scale Quantum\u201d, d\u00e9crit par John Preskill dans <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1801.00862\">Quantum Computing in the NISQ era and beyond<\/a> d\u00e9but 2018. Il recouvre les calculateurs quantiques \u00e0 venir dans un futur proche, ayant un nombre interm\u00e9diaire de qubits avec un bruit quantique acceptable pour d\u00e9marrer des applications scientifiques.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/BCG-Market-Forecast.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"BCG Market Forecast\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/BCG-Market-Forecast_thumb.jpg\" alt=\"BCG Market Forecast\" width=\"572\" height=\"385\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Voici cependant ce que nous pouvons nous mettre sous la dent avec un inventaire \u00e0 date des applications de l\u2019informatique quantique classifi\u00e9es par secteurs d\u2019activit\u00e9s. Cela couvre \u00e0 la fois quelques \u00e9tudes de cas d\u2019usage du quantique, souvent r\u00e9alis\u00e9es avec les seuls ordinateurs quantiques commerciaux, ceux de D-Wave, et sinon, des applications prospectives mais qui attendent encore les ordinateurs quantiques universels de taille critique qui pourront les ex\u00e9cuter.<\/p>\n<p>A noter que d\u2019une mani\u00e8re g\u00e9n\u00e9rale, il n\u2019y a pas de corr\u00e9lation directe entre les applications de l\u2019IA et celles du quantique. Le crit\u00e8re principal de l\u2019int\u00e9r\u00eat du quantique est la complexit\u00e9 du probl\u00e8me plus que le volume de donn\u00e9es \u00e0 g\u00e9rer. Le \u201cbig data\u201d est loin d\u2019\u00eatre le c\u0153ur d\u2019applications du quantique.<\/p>\n<p><strong>Sant\u00e9<\/strong><\/p>\n<p>La principale application de l\u2019informatique quantique en sant\u00e9 est la d\u00e9couverte de th\u00e9rapies via la simulation mol\u00e9culaire de leur fonctionnement et de celle de leurs cibles, tout en \u00e9vitant d\u2019\u00e9ventuelles contre-indications, le tout \u201cin silico\u201d. La simulation peut porter sur l\u2019articulation de mol\u00e9cules organiques simples comme le cholest\u00e9rol ou le repliement des prot\u00e9ines qui est de plusieurs ordres de grandeur plus complexe. Cette derni\u00e8re prouesse rel\u00e8ve donc du tr\u00e8s long terme. Elle est aussi \u00e0 la limite du faisable en termes de complexit\u00e9 car elle est dans la classe des probl\u00e8mes NP-Complet comme vu dans la <a href=\"http:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-complexite\/\">partie d\u00e9di\u00e9e aux th\u00e9ories de la complexit\u00e9<\/a>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Health-prospects-BCG.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Health prospects BCG\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Health-prospects-BCG_thumb.jpg\" alt=\"Health prospects BCG\" width=\"568\" height=\"458\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Les premi\u00e8res exp\u00e9rimentations de simulation mol\u00e9culaire ont \u00e9t\u00e9 \u00e0 ce jour r\u00e9alis\u00e9es sur les D-Wave \u00e0 recuit quantique. Ces ordinateurs sont particuli\u00e8rement adapt\u00e9s \u00e0 la recherche de minimums \u00e9nerg\u00e9tiques, ce qui convient \u00e0 la simulation de l\u2019organisation de mol\u00e9cules.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Biogen_thumb1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Biogen_thumb1\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Biogen_thumb1_thumb.jpg\" alt=\"Biogen_thumb1\" width=\"240\" height=\"84\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Une collaboration a \u00e9t\u00e9 lanc\u00e9e en juin 2017 entre <strong>Biogen<\/strong>, la soci\u00e9t\u00e9 de logiciels quantiques canadienne <strong>1QBit<\/strong> et <strong>Accenture<\/strong> pour la cr\u00e9ation de nouvelles mol\u00e9cules. <strong>Biogen <\/strong>(1978, USA) est une entreprise de biotechs de taille interm\u00e9diaire avec ses 7300 collaborateurs sp\u00e9cialis\u00e9e dans le traitement de maladies neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives et de leuc\u00e9mies. Leur usage du quantique visait le reciblage de mol\u00e9cules th\u00e9rapeutiques. Il s\u2019agit de trouver des correspondances entre des traitements existants et des cibles th\u00e9rapeutiques, ici, dans les maladies neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives ou inflammatoires. Cela reste un usage exp\u00e9rimental du quantique mais cela ouvre la voie. L\u2019Am\u00e9ricain <strong>Amgen<\/strong> est aussi actif dans la recherche de nouvelles th\u00e9rapies mais sans grandes pr\u00e9cisions publiques \u00e0 ce stade.<\/p>\n<p>Toujours avec D-Wave, une application d\u2019optimisation de radioth\u00e9rapie est mise en avant (<em>ci-dessous<\/em>). Le principe algorithmique consiste \u00e0 minimiser l\u2019exposition des patients aux rayons X tout en optimisant leur efficacit\u00e9. C\u2019est un probl\u00e8me complexe de simulation de diffusion d\u2019ondes \u00e9lectromagn\u00e9tiques dans le corps humain.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-and-radiotherapy.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px;\" title=\"D-Wave and radiotherapy\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-and-radiotherapy_thumb.jpg\" alt=\"D-Wave and radiotherapy\" width=\"575\" height=\"325\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p><strong>Omnicom Healthcare <\/strong>n\u2019h\u00e9sitait pas de son c\u00f4t\u00e9 \u00e0 promouvoir l\u2019usage du quantique dans la sant\u00e9 avec son livre blanc <a href=\"http:\/\/www.omnicomhealthgroup.com\/pdfs\/Exponential%20Biometrics%20and%20Quantum%20Computing_V4_JS.pdf\">Exponential Biometrics: How Quantum Computing Will Revolutionize Health Tracking<\/a>, 2017 (7 pages) qui ne contient strictement aucune information pertinente sur le sujet, ce d\u2019autant plus qu\u2019ils ont l\u2019air de confondre les applications du machine learning analysant les donn\u00e9es issues d\u2019objets connect\u00e9s avec la capacit\u00e9 des ordinateurs quantiques \u00e0 g\u00e9rer des probl\u00e8mes intractables par les ordinateurs traditionnels.<\/p>\n<p><strong>Energie et chimie<\/strong><\/p>\n<p>Lorsque l\u2019on s\u2019\u00e9loigne des mol\u00e9cules organiques et du vivant, tout devient soudainement presque r\u00e9aliste ! En effet, les premi\u00e8res applications de simulation mol\u00e9culaires envisag\u00e9es et plausibles concernent les mat\u00e9riaux innovants. Le secteur de l\u2019\u00e9nergie et de la chimie est int\u00e9ress\u00e9 par la r\u00e9solution de probl\u00e8mes complexes d\u2019analyse et d\u2019optimisation et par la simulation in silico de mol\u00e9cules, et pour cr\u00e9er de nouveaux mat\u00e9riaux. Les premi\u00e8res \u00e9tudes de cas sont g\u00e9n\u00e9ralement r\u00e9alis\u00e9es avec les g\u00e9n\u00e9rations r\u00e9centes d\u2019ordinateurs \u00e0 recuit quantique de D-Wave. Ceux-ci sont bien indiqu\u00e9s pour des simulations d\u2019interactions atomiques dans des mat\u00e9riaux.<\/p>\n<p>Les premiers ordinateurs quantiques universels commerciaux qui d\u00e9passeront 50 qubits et font partie des NISQ de John Preskill sont tout aussi adapt\u00e9s aux simulations mol\u00e9culaires \u00e0 un premier niveau. Cela restera \u00e9videmment des outils destin\u00e9s aux chercheurs. La simulation d\u2019un mat\u00e9riau n\u2019est en rien une garantie de la d\u00e9couverte d\u2019un mat\u00e9riau utile. C\u2019est un outil de travail de plus pour les chercheurs.<\/p>\n<p>Les simulations peuvent toucher les flux d\u2019air, d\u2019eau et de tous liquides et notamment leurs turbulences. Elles peuvent notamment exploiter les \u00e9quations de Navier-Stokes. Cf <a href=\"http:\/\/www.zpm.fer.hr\/~pina\/Preprints\/p10ecmi.pdf\">Quantum Navier\u2013Stokes equations<\/a> (12 pages).<\/p>\n<p>Les recherches vont bon train pour cr\u00e9er des batteries plus efficaces c\u00f4t\u00e9 densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique et vitesse de charge. Cf <a href=\"https:\/\/materialsvirtuallab.org\/pubs\/10.1016_j.joule.2018.04.021.pdf\">The Promise and Challenges of Quantum Computing for Energy Storage<\/a> (4 pages). C\u2019est d\u2019ailleurs l\u2019un des axes de recherche de Volkswagen qui pr\u00e9voit de faire cela \u00e0 terme avec le futur ordinateur quantique universel de Google comme document\u00e9 dans cette <a href=\"https:\/\/www.volkswagenag.com\/presence\/news\/2017\/11\/Google_Kooperation_Pressemappe_EN.pdf\">annonce de novembre 2017<\/a>.<\/p>\n<p>La capture du carbone est un autre enjeu et des chercheurs simulent son fonctionnement mol\u00e9culaire par biomim\u00e9tisme. C\u2019est un domaine d\u2019application mis en avant par les chercheurs de Microsoft.<\/p>\n<p>Chez le chimiste allemand <strong>BASF<\/strong>, l\u2019id\u00e9e est de simuler des polym\u00e8res de synth\u00e8se, d\u2019abord sur des supercalculateurs HP, puis \u00e0 terme sur ordinateurs quantiques. <strong>Dow Chemicals <\/strong>collabore depuis 2017 avec l\u2019\u00e9diteur de logiciels canadien <strong>1Qbit<\/strong> pour cr\u00e9er de nouvelles mol\u00e9cules, en s\u2019appuyant sur les D-Wave. De son c\u00f4t\u00e9, <strong>IBM <\/strong>simulait en septembre 2017 sur ordinateur quantique supraconducteur \u00e0 16 qubits le fonctionnement de <a href=\"https:\/\/edgylabs.com\/ibm-just-simulated-chemistry-with-a-quantum-computer\">mol\u00e9cules d\u2019hydrure de b\u00e9rylium<\/a> et leur \u00e9quilibre \u00e9nerg\u00e9tique minimum, ce qui ne sert \u00e0 rien en soi, mais est un bon d\u00e9but. Cf <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1704.05018\">Hardware-efficient variational quantum eigensolver for small molecules and quantum magnets<\/a>, octobre 2017 (22 pages).<\/p>\n<p>La <strong>Dubai Electricity<\/strong> and Water Authority planche de son c\u00f4t\u00e9 avec Microsoft pour r\u00e9soudre des probl\u00e8mes complexes de distribution d\u2019\u00e9nergie et d\u2019eau (<a href=\"http:\/\/www.mediaoffice.ae\/en\/media-center\/news\/23\/7\/2018\/dewa.aspx\">source<\/a>). A ceci pr\u00e8s qu\u2019\u00e0 ce stade, il ne s\u2019agit que de tester quelques algorithmes sur des simulateurs Intel tournant sur Azure. Et pour cause, Microsoft ne dispose pas encore d\u2019ordinateur quantique !<\/p>\n<p>Enfin, chez <strong>BP<\/strong>, on travaille \u00e0 la conception d\u2019algorithmes d\u2019optimisation de la prospection p\u00e9troli\u00e8re. Il s\u2019agit d\u2019exploiter les donn\u00e9es de diff\u00e9rents capteurs, notamment sismiques, pour consolider des mod\u00e8les de simulation de ce que le sol rec\u00e8le.<\/p>\n<p><strong>Transports<\/strong><\/p>\n<p>Au-del\u00e0 des questions \u00e9nerg\u00e9tiques \u00e9voqu\u00e9es ci-dessus, le march\u00e9 des transports est surtout int\u00e9ress\u00e9 par les algorithmes d\u2019optimisation de syst\u00e8mes complexes. Cf cet inventaire de besoins, mais pas de solutions dans : <a href=\"https:\/\/static1.squarespace.com\/static\/59f110aec027d83296f84ecb\/t\/5a3a15089140b71d4e72feb9\/1513755988378\/QC+Applications+in+Transport+%3A+Logistics+and+Manufacturing+-+Yianni+Gamvros.pdf\">Quantum Applications Transportation and Manufacturing<\/a> de Yianni Gamvros, IBM, 2017 (20 slides).<\/p>\n<p>En ligne de mire, l\u2019optimisation de la planification de flottes d\u2019avions pour le transport a\u00e9rien, pour maximiser la capacit\u00e9 \u00e0 r\u00e9pondre \u00e0 la demande tout en optimisant le taux de remplissage des avions. Ce sont des besoins qui peuvent \u00eatre d\u2019ailleurs trait\u00e9s \u00e0 la fois par des algorithmes de machine learning pour tenir compte du pass\u00e9 ou avec des algorithmes d\u2019optimisation quantiques qui s\u2019appuient sur une description des param\u00e8tres du probl\u00e8me. Les premiers font de la pr\u00e9diction et les seconds de la simulation. La simulation permet d\u2019\u00e9viter le biais du r\u00e9troviseur qui peut \u00eatre induit par les m\u00e9thodes de pr\u00e9diction s\u2019appuyant sur les donn\u00e9es du pass\u00e9. Une combinaison des deux m\u00e9thodes est par ailleurs possible.<\/p>\n<p>Le d\u00e9ploiement de flottes de v\u00e9hicules autonomes est aussi une belle application cible des ordinateurs quantiques. Plus les v\u00e9hicules seront autonomes, plus il faudra en automatiser et coordonner les parcours. Les probl\u00e8mes \u00e0 r\u00e9soudre consisteront \u00e0 d\u00e9terminer pas \u00e0 pas les trajets de flottes de v\u00e9hicules pour optimiser le temps de parcours de chacun de ces v\u00e9hicules. C\u2019est l\u2019objet d\u2019une exp\u00e9rimentation r\u00e9alis\u00e9e en 2017 par Volskwagen sur D-Wave qui visait \u00e0 optimiser les parcours d\u2019une flotte de taxis \u00e0 Beijing, document\u00e9e dans <a href=\"https:\/\/www.dwavesys.com\/sites\/default\/files\/VW.pdf\">Quantum Computing at Volkswagen Traffic Flow Optimization using the D-Wave Quantum Annealer<\/a> 2017 (23 slides). L\u2019exp\u00e9rience utilise le <a href=\"https:\/\/www.microsoft.com\/en-us\/research\/publication\/t-drive-trajectory-data-sample\/\">jeu de donn\u00e9es T-Drive<\/a> publi\u00e9 par Microsoft datant de 2008 d\u00e9crivant le parcours de 10 357 taxis. L\u2019algorithme utilis\u00e9 \u00e9tait le QUBO (Quadratic Unconstraint Binary Optimisation) qui est un m\u00e9canisme de recherche de niveau minimum d\u2019\u00e9nergie d\u2019un syst\u00e8me complexe. Le sch\u00e9ma ci-dessous pr\u00e9sente le r\u00e9sultat de l\u2019optimisation du parcours de 418 taxis faisant le trajet centre-ville-a\u00e9roport compte-tenu de celui des 10 357 v\u00e9hicules. Les r\u00e9sultats sont publi\u00e9s dans <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/pdf\/1708.01625.pdf\">Traffic flow optimization using a quantum annealer<\/a>, ao\u00fbt 2017 (12 pages).<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Volkswagen-Trafic-Optimization_thumb.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Volkswagen-Trafic-Optimization_thumb\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Volkswagen-Trafic-Optimization_thumb_thumb.jpg\" alt=\"Volkswagen-Trafic-Optimization_thumb\" width=\"441\" height=\"283\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>On manque de recul pour estimer le dimensionnement des ordinateurs quantiques n\u00e9cessaires pour g\u00e9rer pratiquement ce genre de probl\u00e8mes \u00e0 grande \u00e9chelle. De quelle capacit\u00e9 en qubits faudrait-il disposer pour optimiser un parc de centaines voir de millions de v\u00e9hicules autonomes ? Chaque chose en son temps\u2026 ! Ce genre de probl\u00e8me sera, si cela se trouve, trop lourd \u00e0 g\u00e9rer, m\u00eame pour les ordinateurs quantiques les plus sophistiqu\u00e9s.<\/p>\n<p><strong>Finance<\/strong><\/p>\n<p>La finance est un autre beau terrain de jeu pour exp\u00e9rimenter des algorithmes quantiques. A la fois parce que les entreprises du secteur sont assez friandes d\u2019outils de pr\u00e9vision et d\u2019optimisation et aussi parce que c\u2019est un march\u00e9 plut\u00f4t bien solvable. Ce n\u2019est pas par hasard que ma premi\u00e8re intervention de conf\u00e9rencier sur l\u2019informatique quantique dans une entreprise ait eu lieu le 5 juillet 2018 \u00e0 la <strong>Soci\u00e9t\u00e9 G\u00e9n\u00e9rale <\/strong>!<\/p>\n<p>Les banques ont un besoin pressant de se transformer pour s\u2019adapter aux changements technologiques et soci\u00e9taux constants. Elles manipulent des tombereaux de donn\u00e9es qui ont de la valeur. Elles ont \u00e0 optimiser de nombreuses facettes de leurs activit\u00e9s, \u00e0 commencer par celle de portefeuilles d\u2019investissements. Elles veulent aussi d\u00e9tecter au plus pr\u00e8s les risques de fraudes.<\/p>\n<p>L\u2019optimisation d\u2019actifs est la principale application imagin\u00e9e pour l\u2019informatique quantique. C\u2019est de l\u2019optimisation sous contraintes. Et l\u00e0, sous un grand nombre de contraintes. Les actifs sont interd\u00e9pendants. Les co\u00fbts de transactions sont variables selon les types d\u2019actifs. Leur \u00e9volution r\u00e9pond \u00e0 des niveaux d\u2019incertitude et de risques variables.<\/p>\n<p>Il existe d\u2019ailleurs un lien de parent\u00e9 math\u00e9matique entre certaines \u00e9quations de la finance et la physique quantique. C\u2019est le cas de l\u2019\u00e9quation diff\u00e9rentielle de Black-Scholes qui permet de pr\u00e9dire le prix de produits d\u00e9riv\u00e9s financiers qui sont index\u00e9s sur des cours tiers. Elle peut \u00eatre en effet consid\u00e9r\u00e9e comme une variante de la fonction\u00a0 d\u2019onde de Schr\u00f6dinger ! Ces \u00e9quations sont d\u00e9crites dans l\u2019ouvrage \u201cQuantum Finance\u201d de Belal Baaquie qui date de 2007 ! Il en existe maintenant une tr\u00e8s grande vari\u00e9t\u00e9 qui sont exploitables sur ordinateurs quantiques.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Quantum-Finance.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Quantum Finance\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Quantum-Finance_thumb.jpg\" alt=\"Quantum Finance\" width=\"232\" height=\"332\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Un mod\u00e8le d\u2019optimisation quantique s\u2019appuyant sur un D-Wave a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 en 2015 dans <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1508.06182\">Solving the Optimal Trading Trajectory Problem Using a Quantum Annealer<\/a> (13 pages). Il s\u2019agissait ici d\u2019optimiser les placements d\u2019un montant donn\u00e9 dans un nombre d\u2019actifs et sur une p\u00e9riode donn\u00e9e. L\u2019algorithme principal utilis\u00e9 \u00e9tait le QUBO, comme pour l\u2019application d\u2019optimisation de transport vue pr\u00e9c\u00e9demment.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-Finance.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"D-Wave Finance\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-Finance_thumb.jpg\" alt=\"D-Wave Finance\" width=\"555\" height=\"314\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>En s\u2019appuyant sur la mod\u00e9lisation de graphes, aussi adapt\u00e9e aux D-Wave, une autre \u00e9tude de cas permettait de mod\u00e9liser l\u2019instabilit\u00e9 des march\u00e9s. Cf les slides dans cette <a href=\"https:\/\/www.slideshare.net\/rakutentech\/dwavequantum-computingaccess-applications-via-cloud-deployment\">pr\u00e9sentation de D\u2013Wave<\/a>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-Finance-2.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"D-Wave Finance 2\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/D-Wave-Finance-2_thumb.jpg\" alt=\"D-Wave Finance 2\" width=\"562\" height=\"318\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Voir \u00e9galement cette pr\u00e9sentation de D-Wave : <a href=\"https:\/\/dwavefederal.com\/app\/uploads\/2017\/11\/QA-in-Finance-1QBit.pdf\">Applications of Quantum Annealing in Computational Finance<\/a> 2016 (29 slides) ainsi que le site <a href=\"http:\/\/quantumforquants.org\/\">QuantumForQuants<\/a> cr\u00e9\u00e9 par leurs soins. Mais le recuit quantique n\u2019est pas la seule technique utilisable. Avant m\u00eame qu\u2019ils soient un tant soi peu op\u00e9rationnels, les ordinateurs quantiques \u00e0 architecture topologique que Microsoft essaye de mettre au point pourraient aussi servir \u00e0 faire des pr\u00e9visions de valeurs d\u2019actions, comme document\u00e9 dans <a href=\"https:\/\/www3.unifr.ch\/econophysics\/sites\/default\/files\/Topological%20Quantum%20Computer%20decodes%20the%20Stock%20Market%20Behavior.pdf\">Decoding Stock Market Behavior with the Topological Quantum Computer<\/a> 2014 (24 pages).<\/p>\n<p>Atos a aussi publi\u00e9 un libre blanc sur les applications du quantique dans la finance : <a href=\"https:\/\/atos.net\/wp-content\/uploads\/2017\/02\/Ascent_White-Paper_Quantum-Finance-FINAL-Nov2016-1.pdf\">Quantum finance opportunities: security and computation<\/a>, 2016 (20 pages).<\/p>\n<p><strong>Marketing<\/strong><\/p>\n<p>Le marketing est aussi un domaine o\u00f9 les algorithmes d\u2019optimisation de syst\u00e8mes complexes r\u00e9alis\u00e9s \u00e0 base d\u2019ordinateurs quantiques pourraient \u00eatre int\u00e9ressants. Cela concerne l\u2019optimisation du mix marketing, celui de plans m\u00e9dias, ou la maximisation de revenus publicitaires, divers domaines qui sont \u00e9galement investis par le champ de l\u2019IA comme vu dans <a href=\"http:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2017\/usages-intelligence-artificielle-ebook\/\">Les usages de l\u2019intelligence artificielle<\/a> en octobre 2017.<\/p>\n<p>S\u2019opposent ainsi encore une fois des logiques pr\u00e9dictives bas\u00e9es sur l\u2019exploitation de donn\u00e9es pass\u00e9es (mod\u00e8le connexionnistes) et des logiques de simulation bas\u00e9es sur la connaissance de r\u00e8gles de fonctionnement du march\u00e9. Ces r\u00e8gles ne rel\u00e8vent cependant pas de la notion de syst\u00e8mes experts de l\u2019IA, qui g\u00e8rent des pr\u00e9dicats logiques (machin entraine bidule), mais des mod\u00e8les de causalit\u00e9 plus complexes.<\/p>\n<p>Voir par exemple <a href=\"https:\/\/www.dwavesys.com\/sites\/default\/files\/RCO_0_0.pdf\">Display Advertising optimisation by quantum annealing processor<\/a> de Shinichi Takayanagi Kotaro Tanahashi et Shu Tanaka de la Waseda University.<\/p>\n<p><strong>D\u00e9fense et a\u00e9rospatial<\/strong><\/p>\n<p>Le complexe militaro-industriel a toujours \u00e9t\u00e9 un grand consommateur d\u2019informatique de pointe. Il n\u2019est donc pas \u00e9tonnant qu\u2019il s\u2019int\u00e9resse au quantique. C\u2019est \u00e9videmment le cas aux USA mais aussi en Europe, avec Airbus qui est l\u2019un des premiers industriels \u00e0 s\u2019int\u00e9resser aux applications du quantique.<\/p>\n<p>Voici quelques \u00e9tudes de cas publi\u00e9es d\u2019utilisation du quantique dans ce vaste secteur.<\/p>\n<p>Cela commence avec <strong>Lockheed Martin <\/strong>qui s\u2019est associ\u00e9e avec <strong>Google <\/strong>et la <strong>NASA <\/strong>pour tester des ordinateurs de D-Wave. Ils ont d\u00e9velopp\u00e9 une solution de preuve formelle de fonctionnement de logiciels. La NASA a cofond\u00e9 le laboratoire QuAIL (Quantum Artificial Intelligence Laboratory) avec Google, exploitant un D-Wave Two. Ils testent des algorithmes quantiques d\u2019optimisation dans diff\u00e9rentes directions. Pour optimiser le remplissage de vaisseaux spatiaux, une variante de l\u2019algorithme du remplissage du coffre de votre voiture lorsque vous partez en vacances, sur les versions quantiques d\u2019algorithmes de machine learning et deep learning, sur la d\u00e9composition de probl\u00e8mes et l\u2019informatique embarqu\u00e9e. C\u2019est bien d\u00e9crit dans <a href=\"https:\/\/ntrs.nasa.gov\/archive\/nasa\/casi.ntrs.nasa.gov\/20170009213.pdf\">Quantum Computing at NASA: Current Status<\/a> de Rupak Biswas, septembre 2017 (21 slides) d\u2019o\u00f9 provient le sch\u00e9ma <em>ci-dessous<\/em><\/p>\n<p><strong><span style=\"color: #ff0000;\"><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Quantum-Computing-at-NASA-2017.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Quantum Computing at NASA 2017\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Quantum-Computing-at-NASA-2017_thumb.jpg\" alt=\"Quantum Computing at NASA 2017\" width=\"488\" height=\"317\" border=\"0\" \/><\/a><\/span><\/strong><\/p>\n<p>En 2015, <strong>Raytheon <\/strong>et <strong>IBM <\/strong>d\u00e9montraient l\u2019efficacit\u00e9 d\u2019un algorithme quantique utilisant une \u201cboite noire\u201d ou \u201coracle\u201d pour reconstruire une chaine de bits inconnue, le tout fonctionnant sur un ordinateur quantique universel d\u2019IBM de 5 qubits. C\u2019est document\u00e9 dans dans <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1512.06069\">Demonstration of quantum advantage in machine learning<\/a> (12 pages). On est cependant loin d\u2019un cas d\u2019usage.<\/p>\n<p>Le groupe <strong>Airbus <\/strong>a de son c\u00f4t\u00e9 cr\u00e9\u00e9 une \u00e9quipe bas\u00e9e sur leur site de Newport au Pays de Galle, qui s\u2019attaque aux usages du quantique, notamment dans l\u2019analyse d\u2019imagerie a\u00e9rienne (pas \u00e9vident\u2026 ) ou pour la conception de nouveaux mat\u00e9riaux (plus \u00e9vident). Ils veulent aussi optimiser l\u2019\u00e9coulement d\u2019air sur les ailes, un probl\u00e8me qui rel\u00e8ve aujourd\u2019hui de la simulation par \u00e9l\u00e9ments finis. Ils pourraient essayer d\u2019optimiser les souffleries d\u2019air climatis\u00e9 dans les avions, la plus grosse source de bruit d\u2019habitacle, devant les moteurs de l\u2019avion !<\/p>\n<p><strong>Renseignement<\/strong><\/p>\n<p>Le monde du renseignement et des \u00e9coutes cibl\u00e9es est \u00e9videmment \u00e0 l\u2019affut du quantique. L\u2019algorithme de Shor est la principale application vis\u00e9e par les organisations g\u00e9rant les \u00e9coutes \u00e9lectroniques comme la <strong>NSA <\/strong>et tous ses confr\u00e8res. Ce sont des pompiers pyromanes qui sont \u00e0 la fois impatients de pouvoir d\u00e9coder les informations intercept\u00e9es aupr\u00e8s de cibles diverses (d\u00e9p\u00eaches d\u2019ambassades, informations techniques dans l\u2019industrie, etc) et de prot\u00e9ger les communications sensibles de leurs propres Etats contre ce type de d\u00e9cryptage. Ils investissent donc simultan\u00e9ment dans l\u2019informatique quantique (la dimension \u201cpyromane\u201d) et dans les cl\u00e9s quantiques et cryptographies post-quantiques (la dimension \u201cpompier\u201d).<\/p>\n<p>Par contre, ces investissements ne sont pas tr\u00e8s publics. La NSA a bien communiqu\u00e9 depuis presque une dizaine d\u2019ann\u00e9es sur la dimension pompier mais tr\u00e8s peu sur la dimension pyromane. Ils ont s\u00fbrement fait l\u2019acquisition des diverses g\u00e9n\u00e9rations d\u2019ordinateurs D-Wave pour se faire la main dessus, en liaison avec <strong>Lockheed Martin <\/strong>qui est l\u2019un de leurs grands fournisseurs.<\/p>\n<p>D\u2019autres service de renseignement occidentaux ont peut-\u00eatre aussi fait l\u2019acquisition de D-Wave, notamment les britanniques du CGHQ. La NSA est aussi en relation avec IBM et Google pour explorer la voie des ordinateurs quantiques universels supraconducteurs.<\/p>\n<p>On peut lever un bout de voile de ces activit\u00e9s en d\u00e9tectant les subventions de laboratoires et de startups attribu\u00e9es par l\u2019IARPA, cette agence d\u2019innovation du renseignement qui est pilot\u00e9e par le DNI (Director of National Intelligence) qui coiffe l\u2019ensemble du renseignement am\u00e9ricain.<\/p>\n<p><strong>Innovation exp\u00e9rimentale<\/strong><\/p>\n<p>Comme pour nombre d\u2019applications de l\u2019intelligence artificielle \u00e0 leurs d\u00e9buts, l\u2019adoption de l\u2019informatique quantique par les entreprises passera par l\u2019\u00e9valuation des techniques, des outils et par l\u2019exp\u00e9rimentation. Les grandes entreprises des march\u00e9s cit\u00e9s dans cette partie peuvent lancer quelques exp\u00e9rimentations.<\/p>\n<p>Le d\u00e9marrage ne sera pas \u00e9vident car peu d\u2019entreprises de services ou m\u00eame d\u2019\u00e9diteurs de logiciels et de startups maitrisent le d\u00e9veloppement d\u2019applications quantiques. Tout du moins en France. Dans un premier temps, les grandes entreprises fran\u00e7aises peuvent se tourner vers Atos, la seule entreprise du num\u00e9rique en France \u00e0 avoir des ressources et comp\u00e9tences dans l\u2019informatique quantique. Elles peuvent aussi se tourner vers IBM qui commence \u00e0 investir localement en comp\u00e9tences.<\/p>\n<p>Un gros travail d\u2019acculturation g\u00e9n\u00e9ral \u00e0 l\u2019informatique est \u00e0 mener. C\u2019est une t\u00e2che intellectuelle assez ardue. C\u2019est un peu l\u2019objet de de cette s\u00e9rie d\u2019articles que de vous mettre le pied \u00e0 l\u2019\u00e9trier en vous indiquant diverses pistes \u00e0 explorer selon vos centres d\u2019int\u00e9r\u00eat. Il faut en passer par l\u00e0 pour faire des choix \u00e9clair\u00e9s sur le sujet.<\/p>\n<p>Comme je vais le d\u00e9tailler dans les parties suivantes, la situation de l\u2019offre d\u2019ordinateurs quantiques est difficile \u00e0 d\u00e9coder. Nous avons d\u2019une part l\u2019offre commerciale op\u00e9rationnelle du Canadien D-Wave qui est tr\u00e8s d\u00e9cri\u00e9e et qui est par contre op\u00e9rationnelle, et de l\u2019autre, des roadmaps d\u2019ordinateurs quantiques universels comme chez IBM et Google, mais qui n\u00e9cessitent encore de patienter au minimum quelques ann\u00e9es avant de pouvoir les exploiter op\u00e9rationnellement. J\u2019en conclue que, malgr\u00e9 la pol\u00e9mique qui entoure D-Wave, il faut s\u2019y int\u00e9resser et examiner ce que l\u2019on peut faire avec. On n\u2019est pas oblig\u00e9 de s\u2019acheter un ordinateur quantique D-Wave \u00e0 $15M pour commencer ! On peut les utiliser en cloud comme pour AWS ou un \u00e9quivalent. Le co\u00fbt technique de l\u2019exp\u00e9rimentation est donc modeste. C\u2019est surtout un co\u00fbt en temps et intellectuel.<\/p>\n<p><strong>_________________________<\/strong><\/p>\n<p>Apr\u00e8s ce long tour en plusieurs parties dans les algorithmes et logiciels, dans la <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2018\/comprendre-informatique-quantique-panorama-des-acteurs\/\">partie suivante<\/a>, nous allons revenir au mat\u00e9riel puisque nous allons faire l\u2019inventaire des diff\u00e9rents acteurs cr\u00e9ant des ordinateurs quantiques. La part belle sera donn\u00e9e aux grands acteurs que sont D-Wave, IBM, Google, Rigetti, Intel, IonQ et Microsoft. Mais nous \u00e9voquerons les travaux de quelques laboratoires de recherche et en particulier de ceux du CEA en France.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans les parties pr\u00e9c\u00e9dentes de cette longue s\u00e9rie sur l\u2019informatique quantique, nous avons examin\u00e9 les grands algorithmes disponibles pour le calcul quantique, la th\u00e9orie de la complexit\u00e9 puis les outils de d\u00e9veloppement. Les algorithmes \u00e9voqu\u00e9s \u00e9taient dans l\u2019ensemble de bas niveau. Il reste \u00e0 les assembler dans des solutions m\u00e9tiers, march\u00e9 par march\u00e9. 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