Google présente le compilateur OpenFermion
Une bibliothèque de logiciels open source qui permettra d'exploiter le potentiel de l'ordinateur quantique

Le , par Christian Olivier, Chroniqueur Actualités
En exploitant un ordinateur selon les lois de la mécanique quantique, il serait fort probable que les chercheurs réussissent à éclaircir plusieurs mystères de la nature et réalisent de nouvelles percées technologiques. Ces progrès scientifiques pourraient trouver des applications jusqu’ici insoupçonnées dans bon nombre de domaines tels que les énergies renouvelables, les produits pharmaceutiques, les nouveaux matériaux, la supraconductivité, les systèmes de stockage d’énergie, etc.

Les ordinateurs classiques utilisent des transistors microscopiques pour traiter les informations dans un format binaire. Ces bits représentent soit un 0, soit un 1. Les ordinateurs quantiques, en revanche, utilisent des bits quantiques ou qubits. Les qubits peuvent être construits de diverses façons, dont beaucoup impliquent des supraconducteurs super-refroidis, pour tirer parti des propriétés de la mécanique quantique. Un qubit peut représenter à la fois un 0 et un 1 simultanément ou des états intermédiaires. Et, alors que l’état de chaque bit conventionnel est indépendant de tous les autres bits dans un ordinateur, les qubits s’influencent les uns les autres. C’est ce qui, en théorie, donne autant de puissance de calcul aux ordinateurs quantiques.

L’année dernière, Google a publié un article détaillant le premier calcul quantique d’une molécule effectué avec l’aide d’un ordinateur quantique supraconducteur. En s’appuyant sur ces travaux, des chercheurs d’IBM (International Business Machines) ont étendu l’expérience à des molécules plus grosses. Ils ont réussi à développer une nouvelle technique permettant d’étudier le comportement des molécules lors de réactions chimiques par le biais d’un ordinateur quantique. L’annonce et les informations relatives à leur découverte ont d’ailleurs été publiées dans la revue scientifique Nature Thursday.

Aujourd’hui, la filiale d’Alphabet revient sur le devant de la scène de l’industrie quantique avec l’annonce de la sortie d’OpenFermion. Ce dernier est présenté par Google comme la première plateforme open source qui permettrait de convertir des problèmes de chimie et de science des matériaux en circuits quantiques pouvant être exécutés sur des plateformes existantes. En attendant l’ordinateur quantique de 49 ou 50 qbits que la filiale d’Alphabet a prévu de construire avant la fin de cette année pour illustrer la « suprématie quantique », Google nous donne un avant-goût des solutions du futur qui permettront d'exploiter le potentiel des futurs ordinateurs quantiques.

À l’heure actuelle, le développement et l’étude d’algorithmes permettant de résoudre des problèmes en rapport avec la simulation quantique dans le domaine de la chimie et de la science des matériaux pourraient s’avérer difficiles en raison de la quantité prohibitive des connaissances requises. Google a développé le progiciel OpenFermion afin d’aider à combler ce fossé.

OpenFermion est une bibliothèque de logiciels open source écrite en grande partie en Python et sous licence Apache 2.0. Elle devrait permettre la simulation de modèles exploitant les fermions (des systèmes composés d’électrons en interaction qui donnent naissance aux propriétés de la matière) et de problèmes de chimie quantique sur des ordinateurs quantiques. Google suggère d’ailleurs de considérer OpenFermion comme un nouvel outil permettant de générer et de compiler des équations de physique qui décrivent des systèmes chimiques ou matériels sous forme de représentations pouvant être interprétées par un ordinateur quantique.

Avant la mise au point de ce compilateur un peu particulier, les développeurs d’algorithmes quantiques avaient besoin d’acquérir de nombreuses notions relatives à la chimie et écrire une quantité importante de code afin d’effectuer des simulations quantiques, même les plus basiques. OpenFermion devrait permettre de simplifier la transposition de spécifications moléculaires en circuits quantiques afin d’accélérer la résolution ou l’étude de problèmes en rapport avec la structure électronique sur un ordinateur quantique. Il permettra ainsi de minimiser la quantité d’expertise requise dans un domaine particulier pour faciliter le travail des développeurs.

La firme de Mountain View a également fait part de la disponibilité de deux plug-ins qui permettront à OpenFermion de traduire directement les algorithmes de deux des simulateurs classiques les plus populaires, Psi4 et PySCF, pour fonctionner sur un ordinateur quantique. OpenFermion aurait été conçu pour être compatible avec plusieurs ordinateurs quantiques différents, y compris ceux développés par Google, Rigetti et IBM.

Bien que le projet de création d’OpenFermion ait été lancé par Google, plusieurs partenaires ont accompagné la filiale d’Alphabet pendant la mise au point de la version alpha du compilateur. Parmi ces partenaires, on peut citer l’ETH de Zurich, la startup technologique Rigetti Computing, la NASA, le Lawrence Berkeley National Labs, le Dartmouth College, l’Université d’Harvard, l’Université d’Oxford et l’Université du Michigan.

Source : Google Blog, Publication scientifique de Google (PDF)

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