Cloud quantique : l’arrivée du QaaS (Ordinateur Quantique as a Service)

Cloud quantique : l’arrivée du QaaS (Ordinateur Quantique as a Service)
[Dossier quantique]

 

Technologie d’avant-garde, l’informatique quantique reste pour l’instant hors de portée pour le commun des mortels. Si vous voulez vous offrir l’un de ces petits bijoux, comptez 10 millions de dollars pour un D-Wave. Toutefois, à chaque contrainte hardware se greffe une solution As a Service. L’informatique quantique, n’échappant pas à la règle, peut être expérimentée aujourd’hui grâce au Cloud. Quelques constructeurs se sont lancés dans la course en proposant une offre Quantique as a Service (QaaS), principalement dédiée aux PoCs, préfigurant l’avenir des ordinateurs quantiques. Parmi eux : IBM, Microsoft et Amazon. Petit tour d’horizon des offres existantes.

 

IBM Q Experience, le pionnier🏆

Commençons avec IBM, le pionnier dans le domaine. La firme New-Yorkaise a proposé dès 2016 un ordinateur quantique expérimental de 5 qubits via le cloud. Baptisé IBM Quantum Experience, le constructeur met à disposition aujourd’hui 14 Q Systems via son service cloud. IBM offre une pile technologique quantique complète, allant du matériel au service cloud « ouvert » à tous, en passant par des systèmes intégrés.

Au cœur des systèmes IBM Q se trouve le qubit transmon, un qubit de charge supraconducteur conçu pour réduire la sensibilité au bruit de charge. IBM a réussi à doubler ses qubits au cours des trois dernières années. Les simulateurs et dispositifs quantiques IBM Q sont facilement accessibles sur le cloud via le framework de calcul quantique open source Qiskit (Quantum Information Science Kit).

Disponible sur les trois OS, Qiskit permet en seulement quelques clics de composer un premier circuit quantique, de visualiser le code assembleur correspondant, ou de tester des d’algorithmes quantiques comme Grover, via les Notebooks Jupyter. Fort de son succès, le logiciel a été téléchargé 90 000 fois en 2018. Qiskit supporte les langages de développement OpenQASM, Python avec une possibilité d’utiliser Swift et JavaScript.

 

Microsoft Azure Quantum, le communiquant 👌

Annoncée lors de de sa conférence annuelle Ignite en novembre 2019, Microsoft met à disposition des développeurs et de ses clients des ordinateurs quantiques sur sa plateforme Azure Quantum. La firme propose trois prototypes fabriqués respectivement par Honeywell et les start-up IonQ et QCI.

Azure Quantum permet aux développeurs de programmer des applications en langage Q# (le nouveau langage de programmation quantique de haut niveau de Microsoft), de tester leur code via des simulateurs pouvant atteindre jusqu’à 30 qubits, ou encore de résoudre des problèmes complexes à l’aide d’algorithmes exécutés dans Azure.

La plateforme peut être utilisée avec n’importe quel type de matériel. Le constructeur met à disposition des développeurs son kit open source QDK (Quantum Development Kit), distribué sur Github.

Cas pratiques

  • Santé : L’université Case Western Reserve (Ohio) a mené des recherches révolutionnaires en imagerie par résonance magnétique (IRM). L’utilisation d’Azure Quantum a permis d’améliorer plus rapidement la détection des tumeurs cancéreuses par une approche appelée empreinte digitale par résonance magnétique. La plateforme a permis d’optimiser les séquences d’impulsions en mappant le problème sur une forme adaptée aux ordinateurs quantiques. Ensuite elle a utilisé un algorithme quantique, s’exécutant sur des ordinateurs classiques.
  • Cybersécurité : Les cryptographes de Microsoft Research développent également des algorithmes et des protocoles cryptographiques à clé publique résistants aux quanta pour préparer leurs clients et les centres de données du monde entier à un avenir quantique.

 

Rigetti QCS, l’outsider 💪

Basée à Berkeley en Californie, Rigetti Computing est l’un des principaux fournisseurs de systèmes informatiques quantiques intégrés et de processeurs quantiques supraconducteurs.

La société développe depuis 2018 une plateforme cloud appelée Forest permettant aux programmeurs d’accéder à des processeurs quantiques afin qu’ils puissent écrire des algorithmes quantiques à des fins de test sur une puce quantique à 36 qubits. Les programmes peuvent être créés et exécutés à l’aide d’outils Python open source.

La plateforme utilise un langage dédié, Quil (Quantum Instruction Language) facilitant l’informatique hybride quantique / classique. Se décrivant « à pile complète », l’entreprise californienne mise sur l’approche hybride quantique-classique pour tirer son épingle du jeu dans la course quantique.

Amazon : AWS Braket, le dernier né 🆕

Lors de sa conférence annuelle en décembre dernier, Amazon a annoncé le lancement en avant-première de Braket, son service d’informatique quantique via le cloud. Braket s’adresse aux développeurs, chercheurs et experts. Ce service propose des blocs-notes Jupyter entièrement gérés, permettant d’explorer des applications possibles, de visualiser des résultats ou encore d’optimiser les algorithmes quantiques et de les tester sur des simulations d’ordinateurs quantiques.

L’exécution se fait sur différentes technologies de matériels quantiques : sur des ordinateurs supraconducteurs basés sur les portes de Rigetti, sur les ordinateurs supraconducteurs à recuit quantique de D-Wave et enfin sur les ordinateurs à ions piégés d’IonQ.

Amazon Braket aide à gérer les ressources informatiques classiques et à établir des connexions au matériel quantique à faible latence, visant à simplifier le développement d’algorithmes hybrides combinant des tâches classiques et quantiques.

La notation bra-ket a été introduite par Paul Dirac en 1939 pour faciliter l’écriture des équations de la mécanique quantique, tout en soulignant l’aspect vectoriel de l’objet en état quantique.

Grâce à son Quantum Solution Lab, Amazon met en relation ses clients avec des experts en informatique quantique et en apprentissage automatique, afin de les aider à développer des compétences, une expérience et une expertise quantiques.

 

 

Google Quantum Playground, le player

Ayant décrochée le brevet « Quantum Computing as a Service » en 2016, Google ne s’est pas encore lancée dans le cloud quantique. Toutefois la firme de Mountain View propose un simulateur d’ordinateur quantique « Google Quantum Playground » pour apprendre la programmation quantique.

Reposant sur un ordinateur quantique accéléré par GPU, avec une interface IDE simple, GQP possède son propre langage de script avec des fonctions de débogage et de visualisation d’état quantique 3D.

Disposant de différentes portes quantiques intégrées à son langage de script, GQP permet de simuler des registres quantiques jusqu’à 22 qubits et d’exécuter les algorithmes de Grover et Shor.

 

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