– Atteindre la suprématie quantique, en surmontant les limites des supercalculateurs existants
– Un calcul qui prenait 100 heures, maintenant en 40 minutes… De l'entretien des routes au développement de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux
– « Assurer une technologie de pointe au point d'inflexion où le marché des ordinateurs quantiques démarre véritablement »
Qunova Computing (ci-après dénommée Qunova), leader de l'innovation en informatique quantique, a obtenu le premier avantage quantique au monde grâce à l'algorithme « HI-VQE » (Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver). Cet algorithme permet à l'IA de surmonter les limites de l'apprentissage des matériaux déjà créés et de créer et prédire de nouveaux matériaux.
Qnova, créée en 2021 par une équipe de professeurs du KAIST, est une société de logiciels d'informatique quantique dirigée par son PDG Lee Jun-gu (également professeur au département de génie électrique et électronique du KAIST). Qnova prévoit de publier tous ses algorithmes, notamment HI-VQE pour la résolution de problèmes chimiques, HI-VQA pour les solutions d'optimisation et HI-VQLS pour la thermodynamique, d'ici 2027. Elle prévoit également de lancer Milky Way, une plateforme de conception de nouveaux médicaments et matériaux basée sur des algorithmes quantiques et destinée au grand public, ainsi que Pulsar, un logiciel d'analyse moléculaire.
Qnova mène également des recherches avec le RIKEN au Japon, qui possède le deuxième plus grand supercalculateur au monde, Fugaku. Grâce à ces recherches conjointes avec le RIKEN, Qnova prouve que son algorithme quantique est plus rapide et plus précis que le meilleur supercalculateur au monde.
Nous avons rencontré le PDG Lee Jun-goo dans son bureau de Gangnam-gu, à Séoul, et avons parlé de l'informatique quantique, de la suprématie quantique, des algorithmes et des logiciels que Qnova développe, ainsi que de ses plans commerciaux.
Ordinateurs quantiques et suprématie quantique
Les ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui traitent l'information à l'aide de bits de 0 et 1. Cependant, les ordinateurs quantiques utilisent une unité différente appelée « qubit ». Le cœur des qubits réside dans les phénomènes de mécanique quantique appelés « superposition » et « intrication ». La superposition permet à 0 et 1 de coexister, tandis que l'intrication permet à plusieurs qubits d'être connectés entre eux et de partager des informations. Si un ordinateur conventionnel parvient à résoudre un labyrinthe un par un, un ordinateur quantique est capable d'explorer tous les chemins simultanément. Il peut donc calculer exponentiellement plus vite dans certains problèmes. Par exemple, la façon dont un ordinateur conventionnel trouve la sortie d'un labyrinthe est similaire à l'exploration des chemins un par un. Il emprunte le chemin A, et si c'est une impasse, il revient en arrière et essaie le chemin B séquentiellement. En revanche, un ordinateur quantique peut explorer tous les chemins simultanément en utilisant les phénomènes de mécanique quantique appelés « superposition » et « intrication ».
Chaque qubit supplémentaire double la puissance de calcul. Avec 40 qubits, le calcul pétascale est possible, et avec 60 qubits, des problèmes impossibles à résoudre avec les supercalculateurs actuels peuvent être résolus. C'est pourquoi 60 qubits sont importants. La suprématie quantique désigne un état dans lequel un ordinateur quantique peut calculer un problème spécifique plus rapidement et avec plus de précision qu'un supercalculateur classique. Autrement dit, des problèmes impossibles à résoudre avec un supercalculateur classique peuvent être résolus avec un ordinateur quantique. En théorie, la suprématie quantique commence avec 40 qubits, mais pour une utilisation industrielle pratique, 60 qubits ou plus sont nécessaires.
Première suprématie quantique au monde obtenue… Résultats de calculs démontrés publiquement
Qnova a récemment attiré l'attention en commercialisant le premier algorithme au monde à atteindre la suprématie quantique. Actuellement, le VQE (Variational Quantum Eigensolver, un algorithme quantique hybride combinant ordinateurs quantiques et ordinateurs classiques) est un algorithme clé qui représente 40 à 50 % du marché de l'informatique quantique. Le HI-VQE de Qnova est 100 fois plus efficace que le VQE, et ce dernier a une échelle de 68 qubits.
En mars, Qnova a enregistré l'algorithme HI-VQE sur la plateforme Qiskit Functions d'IBM (une plateforme principale créée par IBM pour construire un écosystème informatique quantique, que l'on peut appeler « l'app store » du domaine de l'informatique quantique).
Le représentant a expliqué : « Sept logiciels sont enregistrés dans Qiskit Functions d'IBM, et Qnova est le seul à avoir atteint la suprématie quantique. Il existe environ 80 éditeurs de logiciels d'informatique quantique dans le monde, mais la plupart créent des produits en combinant des logiciels circulant sur Internet. Sans technologie originale, pas de véritable compétitivité. »
L'important n'est pas le nombre de qubits, mais de parvenir à un cas d'utilisation permettant des calculs plus rapides et plus précis que ceux des supercalculateurs actuels, voire plus précis. Rendre possible ce qui était auparavant impossible est l'essence même de la suprématie quantique.
Lors de l'événement « 2024 Quantum Korea », Qnova a présenté la première démonstration mondiale en temps réel. Elle a montré l'analyse de la structure moléculaire d'un composé appelé sulfure de lithium (Li2S) en temps réel. Il s'agissait de la première démonstration publique au monde du processus d'obtention de résultats de calcul significatifs en temps réel à l'aide d'un ordinateur quantique. Jusqu'à présent, les fabricants de matériel informatique quantique ont pu démontrer le fonctionnement de leurs équipements, mais aucune démonstration d'obtention de résultats de calcul significatifs en temps réel n'avait été réalisée.
Fondée après 30 ans de recherche en informatique quantique
Qnova, la seule suprématie quantique au monde, ne s'est pas imposée du jour au lendemain. L'aventure de son PDG Lee Jun-gu dans l'informatique quantique remonte à 30 ans. Ce dernier, qui a débuté ses recherches en informatique quantique à l'Institut de recherche NEC aux États-Unis en 1996, peut être considéré comme un témoin vivant de ce domaine.
Nous avons lancé des recherches à grande échelle en 2018, avec la création du centre universitaire d'informatique quantique ITRC en Corée. Cependant, la recherche seule avait ses limites. Nous souhaitions créer une technologie applicable à des industries concrètes, et pour cela, nous devions créer une entreprise.
Le professeur Francesco Petruccione d'Afrique du Sud, qui a mené des recherches conjointes avec ce représentant, a participé en tant que cofondateur. Le professeur Petruccione est une autorité mondiale dans le domaine de l'apprentissage automatique quantique et est l'auteur du premier manuel sur ce sujet.
Actuellement, la moitié des 26 employés sont étrangers, 21 sont des chercheurs et développeurs, et 14 d'entre eux sont titulaires d'un doctorat. Récemment, l'entreprise a accéléré son entrée sur le marché international en recrutant le Dr Jaewan Kim, d'Amazon, au poste de CPO (Chief Product Officer). Expert en ingénierie logicielle, Jaewan Kim a réalisé un chiffre d'affaires d'un milliard de dollars chez Amazon.
« Nous avons rencontré des difficultés pour recruter de la main-d'œuvre locale, mais la raison principale est que la plupart de nos clients sont étrangers. Nous avons organisé notre main-d'œuvre de cette manière pour la mondialisation. »
L'obtention du diplôme du programme Quantum Stream du Creative Destruction Lab de l'Université de Toronto en 2022 m'a également été d'une grande aide pour me constituer un réseau international. Grâce à ce programme, qui a débuté avec 50 équipes et dont seulement 10 ont obtenu leur diplôme, j'ai pu me constituer un réseau avec des investisseurs internationaux comme Bessemer Partners.
Les résultats de 30 années de recherche sur l’informatique quantique deviennent désormais une réalité.
De nouveaux médicaments et matériaux peuvent être développés même sans données
Le cœur de HI-VQE est l'approche hybride. Il s'agit d'une méthode qui exploite alternativement les atouts des ordinateurs quantiques et des ordinateurs conventionnels. L'innovation de cette méthodologie est également reconnue dans le secteur. Par le passé, on pensait que les ordinateurs quantiques imparfaits NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum, l'ordinateur quantique actuel, imparfait mais pratique) ne permettaient pas d'effectuer des calculs significatifs, mais l'algorithme hybride de Qnova a brisé cette idée reçue.
Le représentant a déclaré : « Tout comme les processeurs n'ont pas disparu avec l'arrivée des GPU, les ordinateurs quantiques ne remplacent pas les ordinateurs existants, mais se complètent. En combinant les atouts de chacun, on obtient des performances exceptionnelles. Nous avons été les premiers à introduire cette méthodologie et nous en avons également obtenu le brevet initial. Grâce à cette technologie, nous avons atteint la suprématie quantique pour la première fois au monde. »
Le domaine dans lequel l'algorithme HI-VQE apportera la plus grande innovation est le développement de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux. Actuellement, le développement de nouveaux médicaments basé sur l'IA est au centre des préoccupations, mais ses limites sont évidentes. L'IA doit apprendre à partir des données existantes, et elle ne fonctionne pas bien dans les nouveaux domaines où les données sont inexistantes.
Les ordinateurs quantiques permettent de nouveaux domaines de calcul que l'IA ne peut pas prendre en charge. Puisqu'ils interprètent les problèmes en se basant uniquement sur des principes chimiques, ils peuvent obtenir des réponses précises même sans données.
Le principe du transport de l'oxygène par l'hémoglobine a également été découvert par HI-VQE. Le transport de l'oxygène par l'hémoglobine dans notre corps est au cœur des phénomènes de la vie, mais il était jusqu'à présent difficile d'en calculer le mécanisme exact. Au cœur de l'hémoglobine se trouve un composé appelé Fe-porphyrine. Pour calculer avec précision la variation d'énergie qui se produit lorsque cette substance se combine à l'oxygène, il est nécessaire d'analyser l'interaction d'environ 10 millions d'orbitales électroniques. Qnova a interprété ce phénomène avec précision à l'échelle de 44 qubits.
Il est également possible de résoudre des problèmes complexes directement liés à notre vie quotidienne.
Les problèmes d’optimisation sont également faciles à résoudre
Par exemple, imaginons que vous répariez des dizaines de milliers de routes dans une circonscription administrative. Déterminer quand et dans quel ordre réparer chaque route est un problème très complexe. Si vous définissez la variable indiquant si chaque route doit être réparée à 0 ou 1, le choix des routes à réparer cette semaine devient une variable de décision. Si le nombre total de routes est de quelques centaines ou de quelques milliers, ce n'est pas un problème, mais s'il dépasse 100 000, le problème est différent. Il est impossible d'établir un plan de réparation optimal prenant en compte l'ensemble du réseau routier en une seule fois avec les méthodes existantes.
L'algorithme HI-VQA de Qnova peut optimiser de 100 000 à 1 million de variables. Cela signifie qu'il est également possible d'optimiser le réseau routier national. « Les supercalculateurs actuels peuvent résoudre des problèmes comportant environ 10 000 variables, mais ceux comportant environ 100 000 variables deviennent insolubles, même pour des supercalculateurs. Si les calculs d'optimisation sont possibles pour des problèmes complexes comme l'entretien des routes, nous pouvons réduire considérablement les coûts tout en maximisant le confort des citoyens », a souligné Lee.
La conception d'avions basée sur la thermodynamique est également possible
La conception des ailes d'avion présente un niveau de complexité supplémentaire. Pour optimiser la consommation de carburant et améliorer la sécurité des avions, il est nécessaire de prédire avec précision l'écoulement de l'air autour des ailes. Cela implique des phénomènes physiques complexes tels que l'analyse des tourbillons de la cellule et la condensation d'eau ou de condensation à la surface de l'aile. Pour résoudre ces problèmes, l'espace doit être divisé en grilles très fines et l'état physique de chaque point doit être calculé. « Les supercalculateurs actuels ne peuvent pas calculer lorsque le nombre de nœuds de la grille dépasse 10 000, mais la conception d'avions nécessite des calculs beaucoup plus précis », explique Lee Jun-gu, PDG. Le HI-VQLS de Qnova peut résoudre des problèmes à l'échelle d'un milliard de nœuds, permettant des conceptions d'une précision jusqu'alors inimaginable.
HI-VQE, 98 revendications de la demande de brevet originale
L'un des principaux atouts concurrentiels de Qnova réside dans son solide portefeuille de brevets. L'entreprise a déposé et enregistré un brevet aux États-Unis, portant sur 98 revendications liées uniquement à la technologie HI-VQE. Le PDG a comparé ce brevet aux brevets CDMA de Qualcomm.
« Tout comme le CDMA a résolu le problème de l’accès au réseau mobile et déclenché une croissance rapide du marché des communications mobiles, notre technologie sera le premier cas d’utilisation pratique au monde qui accélérera la formation du marché de l’informatique quantique. »
En fait, Qualcomm a gagné 6 milliards de dollars grâce aux licences de brevets CDMA rien qu'en 2016. Qnova peut également s'attendre à des revenus de brevets importants lorsque le marché de l'informatique quantique décollera.
Le marché actuel du matériel informatique quantique a dépassé 1 000 milliards de wons cette année et devrait atteindre 2 000 milliards de wons l'année prochaine. McKinsey prévoit que le marché de l'informatique quantique atteindra 93 milliards de dollars (environ 130 000 milliards de wons) en 2030.
En prévision du marché des ordinateurs quantiques qui devrait émerger dans 1 à 2 ans
Le potentiel de croissance du marché de l'informatique quantique est illimité. Le marché de la chimie computationnelle, de l'analyse numérique, de la découverte de nouveaux médicaments et matériaux, ainsi que de l'IA, ciblé par Qnova, devrait atteindre 12 800 milliards de wons en 2030. Sur ce total, le marché que l'informatique quantique peut occuper (SAM) représente 3 600 milliards de wons, et celui que Qnova peut attaquer directement (SOM) représente 538 milliards de wons.
« Nous prévoyons que le point d'inflexion, où le marché des ordinateurs quantiques prendra véritablement son envol, se produira d'ici un à deux ans. Nous avons déjà terminé les préparatifs et acquis les capacités technologiques nécessaires pour dominer le marché. »
Le représentant a souligné que l'informatique quantique n'est pas une simple extension de l'informatique existante, mais un paradigme entièrement nouveau. « L'évolution des CPU vers les GPU, puis vers les QPU (unités de traitement quantiques), est une évolution naturelle. Nous sommes à l'avant-garde de ce changement. »
Le PDG Lee Jun-goo a exprimé son ambition de « servir de catalyseur pour le marché de l'informatique quantique ». En réalité, la suprématie quantique de Qnova, obtenue pour la première fois au monde, est une avancée historique qui a fait d'une possibilité théorique une réalité.
L'aventure de Qnova ne fait que commencer. L'entreprise se fixe des objectifs précis : achever la plateforme intégrée d'ici 2027 et réaliser un chiffre d'affaires de 20 milliards de wons d'ici 2030. Par ailleurs, elle prépare également des technologies de nouvelle génération telles que l'IA quantique et le GPT ultra-basse consommation.
La capacité de la Corée à s'imposer comme un leader mondial dans le domaine de l'informatique quantique, après les semi-conducteurs et les batteries, est la raison pour laquelle les initiatives de Qnova suscitent l'intérêt. Nous attendons avec impatience le jour où « l'iPhone du marché de l'informatique quantique », dont rêve son PDG Lee Jun-gu, verra le jour en Corée.
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