Elena Larina et Vladimir Ovchinsky : la supériorité quantique (Club d'Izborsk, 28 décembre 2020)

Elena Larina et Vladimir Ovchinsky : la supériorité quantique

28 décembre 2020`

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Comme l'a rapporté The Economist à la fin de cette année "rugissante" (19.12.2020), William Zeng, responsable de la recherche quantique à la banque Goldman Sachs, a déclaré aux personnes présentes que l'informatique quantique pourrait bientôt avoir un impact "révolutionnaire" sur les banques ainsi que sur la finance, et même sur notre vie entière au sens large.

Les experts en informatique quantique espèrent que ces machines augmenteront les profits en accélérant l'évaluation des actifs, en trouvant des portefeuilles plus rentables, et aussi en rendant plus précis les algorithmes d'apprentissage des machines elles-mêmes. Une étude menée en juillet de cette année par la banque espagnole BBVA montre que les ordinateurs quantiques peuvent accélérer le processus d'évaluation de la solvabilité, identifier les possibilités d'achat d'actions en vue de leur revente ultérieure, ainsi qu'accélérer la simulation dite de Monte Carlo, qui est largement utilisée dans le domaine financier pour modéliser le comportement possible des marchés.

La finance n'est pas la seule industrie qui s'attend à bénéficier même des ordinateurs quantiques petits et instables qui sont actuellement disponibles, un grand nombre de secteurs, de l'aérospatiale à la pharmacie (sans parler du militaire), s'attendent également à profiter de "l'avantage quantique". Cependant, il y a tout lieu de croire que c'est la finance qui sera la première à trouver une telle voie.

Des banques telles que BBVA, Citigroup, JP Morgan et Standard Chartered ont créé des équipes de recherche d'experts en informatique quantique et ont signé des accords avec des sociétés informatiques. Les experts de la société de conseil Boston Consulting Group estiment que les banques et les assurances en Amérique et en Europe ont engagé plus de 115 experts en juin de cette année, un grand nombre, même dans le milieu universitaire, pour une spécialisation aussi étroite.

Certaines banques ont désormais plus de doctorats en physique et en mathématiques que les universités.

Alors, quand peut-il y avoir une révolution financière ? Selon certains experts, des algorithmes simples pourraient commencer à être utilisés dans les 18 prochains mois. La plupart des experts estiment qu'un délai de trois à cinq ans est plus réaliste.

Sur les doigts des ordinateurs quantiques

Les ordinateurs quantiques ont eu encore moins de chance dans Runet que l'intelligence artificielle. Grâce aux efforts de pseudo-experts, différents types de non-spécialistes, notamment dans le domaine de l'éducation humanitaire, qui sont devenus des blogueurs et ont prétendu être des gourous de l'informatique, le sujet des ordinateurs quantiques s'est avéré encore plus mystifié et confus que le problème de l'intelligence artificielle.

C'est pourquoi, tout d'abord, il est nécessaire de comprendre clairement et aussi brièvement que possible en quoi un ordinateur quantique diffère d'un ordinateur ordinaire et quelle est la fameuse "supériorité quantique". Après tout, l'ordinateur ou le smartphone qui nous est familier n'est rien d'autre que le petit-fils d'un arithmomètre. Contrairement à son grand-père, où les calculs étaient effectués par interaction mécanique des pièces de l'arithmomètre, en informatique elle est réalisée dans le cadre de la transmission de signaux électriques à travers certains registres. Un registre est une unité élémentaire d'une puce de processeur. Aujourd'hui, il y a plusieurs milliards de registres dans un smartphone, qui fournissent le processus de calcul. Un registre - et c'est la clé pour comprendre la différence entre un ordinateur quantique et un ordinateur conventionnel - prend deux valeurs : 0 ou 1. En conséquence, tout ce que font les ordinateurs modernes, y compris l'intelligence artificielle, c'est encoder les informations entrantes en zéros et en uns et les calculer. Les appareils informatiques que nous connaissons sont le fruit des réalisations de la physique du dernier quart du XIXe siècle. Ils sont basés sur les principes de la physique classique.

Un ordinateur quantique fonctionne différemment de l'ordinateur auquel nous sommes habitués.  Il s'appuie sur les réalisations de la branche des sciences naturelles qui s'est développée le plus rapidement au cours du XXe - début du XXIe siècle, à savoir la physique quantique. Au cours des 30 à 40 dernières années, ils ont réussi non seulement à découvrir, mais aussi à apprendre à reproduire progressivement les conditions d'un processus totalement improbable et encore incompréhensible appelé superposition.

Dans le monde de la physique qui nous est familier et, par conséquent, dans les ordinateurs et les smartphones, les processeurs peuvent fonctionner avec deux alternatives, qui sont respectivement codées comme 0 et 1. L'unité minimale d'information dans un ordinateur classique est un bit, c'est-à-dire la capacité à prendre l'une des valeurs : 0 ou 1. Un ordinateur quantique, contrairement à un ordinateur classique, est capable de fonctionner dans un état de superposition. Appliqué aux calculs, cela signifie que ses cellules de calcul élémentaires peuvent fonctionner non seulement avec 0 et 1, mais dans tous les états intermédiaires possibles entre eux. Il semblerait que cela fasse une différence que le système de calcul reste dans un seul état ou dans deux ou plusieurs ? Et la différence est énorme. Si un ordinateur quantique possède, par exemple, dix registres, il peut rester simultanément dans mille états. Et 20 registres comptent plus d'un million d'états, etc.

Un ordinateur quantique, ou un système de physique computationnelle qui utilise les lois de la mécanique quantique, ressemble à peu près autant aux ordinateurs traditionnels qu'un cheval à un avion. Tous deux sont capables de transporter un voyageur d'un point A à un point B, et en cela ils sont similaires. Cependant, en termes de vitesse et d'autres possibilités de livraison, un avion est par ordre de grandeur supérieur à un cheval.

En fait, le fameux terme "supériorité quantique" fixe des choses assez simples et évidentes. L'ordinateur quantique dépasse de plusieurs ordres de grandeur les systèmes informatiques binaires habituels, y compris même les superordinateurs. Et la différence de capacités n'est pas comptée en temps mais en milliers et en millions de fois.

Comme le sujet des ordinateurs quantiques est assez embrouillé et mystifié non seulement pour la population, mais aussi pour la soi-disant élite, il provoque divers types de spéculations et une désinformation délibérée. Par exemple, de temps en temps, tel ou tel État déclare avoir réussi à créer un véritable ordinateur quantique et qu'il fonctionne de manière stable.

Récemment, la Chine a annoncé que le pays avait créé un ordinateur quantique, qui est des millions de fois plus productif que les ordinateurs quantiques américains, sans parler des supercalculateurs classiques. Cependant, le problème est qu'aucun des spécialistes étrangers n'a vu l'ordinateur, et encore moins eu l'occasion de travailler dessus. Les Chinois ne sont pas les seuls coupables, mais un certain nombre d'entreprises américaines aussi.

Alors qu'il n'existe dans le monde qu'un véritable ordinateur quantique de 53 mètres cubes, Google Sycamore, qui a réussi à résoudre le problème, inaccessible même aux plus puissants supercalculateurs "normaux". Pour être précis, un supercalculateur moderne IBM Summit aurait mis 20 000 ans à résoudre ce problème, alors que Sycamore a effectué tous les calculs nécessaires en 200 secondes seulement. La différence fondamentale entre le système de Google et d'autres réalisations déclarées est que les mathématiciens, les physiciens et d'autres personnes peuvent en faire la demande, et après examen, ils seront autorisés à travailler sur l'ordinateur. Ainsi, un nombre assez important de personnes de grande réputation dans le monde de la programmation et des mathématiques y ont déjà travaillé. Il a donc passé avec succès la vérification publique.

Une autre difficulté fondamentale de l'utilisation d'un ordinateur quantique est qu'il reproduit en quelque sorte la mécanique des calculs qui existait à l'époque déjà apparemment lointaine où l'on utilisait des lampes au lieu de puces et où les mathématiques sous-jacentes aux calculs étaient continues plutôt que discrètes. Concrètement, cela signifie que tous les programmes écrits pour les ordinateurs modernes, y compris même les superordinateurs, sont totalement inadaptés à un ordinateur quantique. Les premiers pas de la programmation dans ce domaine sont encore en cours. En conséquence, tous les ordinateurs quantiques actuellement en service - ils sont créés aux États-Unis, en Chine, en Corée du Sud, au Japon et dans l'UE - sont des machines spécialisées destinées strictement à un certain type de calculs.

En d'autres termes, un ordinateur quantique aujourd'hui ne peut pas, comme un smartphone, d'abord nous montrer un film, puis nous rappeler d'aller au magasin, et enfin calculer le choix optimal d'investissement en actions sur les marchés des capitaux. Jusqu'à présent, tous les ordinateurs quantiques sont des machines spécialisées et non universelles.

Pour l'instant, un ordinateur quantique à part entière est une chose du futur. Pour l'instant, et il faut le dire clairement et distinctement, il n'existe que des maquettes expérimentales d'ordinateurs quantiques à part entière. Des mannequins en ce sens qu'ils peuvent déjà travailler, mais ils sont orientés sur des opérations strictement définies.

Cependant, l'analyse de la dynamique du développement de l'informatique quantique nous permet d'affirmer avec certitude que nous avons affaire à une technologie dite exponentielle. En 2019-2020, il y a un tournant. Alors qu'il y a deux ou trois ans, les spécialistes en informatique les plus avancés et les plus accomplis pensaient que l'application pratique des ordinateurs quantiques était une question de fin de vingtaine ou de début de trentaine, aujourd'hui, ils affirment avec confiance que l'ère des ordinateurs quantiques arrivera littéralement dans les quatre ou cinq prochaines années.

Le fait que personne ne souhaite arriver trop tard pour cette célébration est d'une importance cruciale. Tout le monde est préoccupé par le fait que quelqu'un, qui est le premier dans cette course, puisse choisir cette option : commencer tranquillement à recevoir tous les avantages et ne pas l'annoncer au monde entier.

Avantages et menaces des ordinateurs quantiques

Comme toute technologie de la nouvelle révolution industrielle, l'ordinateur quantique apporte de sérieux avantages et des menaces catastrophiques à la société. Il peut transformer le secteur bancaire, créer un puissant système de cyberdéfense, améliorer le système de défense contre toute attaque militaire et constituer une arme terrible aux mains des terroristes ou des structures mafieuses.

Les menaces les plus graves pour la sécurité mondiale et nationale, l'économie et la vie quotidienne sont dues à l'utilisation d'ordinateurs quantiques pour le décryptage de codes. Les experts en cryptographie de l'Agence nationale de sécurité des États-Unis ont publié un rapport sur le site web de la NSA en 2015, exprimant de sérieuses inquiétudes quant à la perspective de faire fonctionner des ordinateurs quantiques, car cela pourrait conduire à un décryptage extrêmement rapide de nombreux algorithmes cryptographiques utilisés aujourd'hui. Les représentants de la NSA ont noté que la question du développement d'algorithmes cryptographiques capables d'un cryptage efficace des données à l'ère des ordinateurs quantiques est plus pertinente que jamais. Selon les spécialistes de l'agence, l'apparition d'un ordinateur quantique fonctionnel, dont l'existence mettrait en danger la sécurité de l'État et des données commerciales dans tous les domaines, est tout à fait réaliste. Bien que de temps en temps, les principaux médias mondiaux publient des articles sur les menaces que font peser les ordinateurs quantiques sur les systèmes de paiement internationaux, les sociétés de traitement telles que MasterCard, Visa, etc. ainsi que les cryptocurrences et, tout d'abord, les bitcoins, la situation réelle est meilleure que les scénarios décrits.

Le fait est que les méthodes de cryptographie dites post-quantiques ont été développées et seront prêtes à être utilisées dans deux ou trois ans. Ils sont basés sur des mathématiques sophistiquées, et leur application ne permet pas aux ordinateurs quantiques de s'introduire dans les réseaux des entreprises et du gouvernement fédéral comme un ouvre-boîte dans une boîte de conserve. De plus, au second semestre 2020, des prototypes d'un système de cryptage résistant aux quanta ont déjà été testés et ont résisté à une attaque de l'ordinateur quantique de Google.

Le principal inconvénient des systèmes de cryptage post-quantique est le coût extrêmement élevé non seulement de leur développement, mais aussi des coûts énormes liés à l'exploitation pratique pour protéger les données à la fois stockées dans les bases de données et transmises par les systèmes de télécommunication.

De temps en temps, des publications paraissent prédisant la fin des bitcoins et des cryptomonnaies avec l'introduction de l'ordinateur quantique. Ce genre d'articles est généralement écrit par des économistes ou des journalistes. Sans compter que le bitcoin est l'une des cibles les plus gênantes pour un ordinateur quantique, même sous sa forme actuelle, il est important de savoir que d'ici l'année prochaine, un système de cryptage spécial sera préparé pour le rendre résistant aux attaques des ordinateurs quantiques.

La principale et la plus grande menace des ordinateurs quantiques pour l'économie mondiale et la vie quotidienne est la suivante. Même au stade initial, les ordinateurs quantiques peuvent presque instantanément casser tout anti-virus et accéder à environ 97% des ordinateurs individuels, des smartphones et des ordinateurs portables et à au moins 65% des ordinateurs d'entreprise, selon la NSA. Comme le cryptage post-quantique est non seulement coûteux à développer mais aussi coûteux à exploiter, il sera sans doute déployé au cours des deux à quatre prochaines années pour les agences fédérales, les systèmes de sécurité nationale et d'application de la loi, les principaux centres universitaires et les grandes entreprises. Et pas dans tous les pays. Les États-Unis, la Chine, le Japon, la Corée du Sud et la Russie en feront certainement partie.

Comme tous les appareils personnels, les infrastructures informatiques des petites et moyennes entreprises, ils seront sans défense contre les ordinateurs quantiques au cas où ils tomberaient entre les mains de criminels, sans parler des terroristes ou des réseaux de pirates informatiques qui travaillent pour le renseignement de tel ou tel État. Il s'agit d'une menace peu comprise mais absolument réelle, menaçant de saper la sécurité, le commerce et, surtout, la vie quotidienne des citoyens.

Mobilisation quantique

Les prédictions de The Economist ces dernières années, bien que parfois bizarres, ont une tendance surprenante à se réaliser. Prendre du retard dans la course au développement des ordinateurs quantiques et de l'informatique quantique pourrait devenir aussi dangereux que de prendre du retard dans la course au développement d'armes de pointe ou dans la course à la création d'une intelligence artificielle "forte".

Rappelons également que la NSA a tiré la sonnette d'alarme il y a cinq ans et a prédit l'émergence d'ordinateurs quantiques et d'informatique quantique potentiellement dangereux d'ici 2030. Mais tout s'est passé dix ans plus tôt.

La Russie possède le capital humain le plus puissant en matière de programmation, d'intelligence artificielle et d'informatique quantique.

En 2019, la Russie a approuvé une feuille de route pour le développement des technologies quantiques, qui fait partie du programme national "Economie numérique". La carte est conçue pour la période allant jusqu'en 2024 et comprend trois domaines : l'informatique, les communications et les capteurs.

L'informatique quantique et le développement de l'ordinateur quantique national sont engagés dans "Rosatom", les communications quantiques - dans les chemins de fer russes, les capteurs - dans "Rostec".

De grandes entreprises russes coopèrent avec Rosatom pour le développement d'un ordinateur quantique - Sberbank et Sberbank-Technology, Gazprombank, Gazpromneft, SIBUR et autres.

Des scientifiques de l'Institut de recherche scientifique panrusse Dukhov, de l'Université d'État de Moscou Lomonosov, du MIPT, de l'Université technique nationale de recherche MISIS, de l'Université technique d'État de Moscou N.E. Bauman, du PhIAN, de plusieurs instituts universitaires et du RCC sont engagés dans le développement d'un ordinateur quantique dans Rosatom.

La création du consortium National Quantum Laboratory (NQL) a été annoncée le 25 novembre dernier. (NQL). Il comprend la structure de la corporation d'État "Rosatom" ("SP Kvant"), le centre quantique russe, le Fonds "Skolkovo", l'Université nationale de recherche "École supérieure d'économie", NITU "MISIS", MIPT et l'Institut physique Lebedev. Institut physique P.N. Lebedev.

Simultanément à la création d'un ordinateur quantique et au développement de l'informatique quantique, ne pas attendre le jour CH (donc le jour désigné par l'armée comme jour d'attaque) en Russie dans un mode de mobilisation doit déployer un travail pour minimiser les risques et les menaces potentielles des ordinateurs quantiques, liées au piratage des systèmes antivirus.

Elena Larina

http://hrazvedka.ru

Elena Larina (1964) - Femme d'affaires, analyste, conférencière. Membre fréquent du Club Izborsk. Né, étudié et travaillé à Moscou. A étudié à l'Université russe d'économie et de droit Plekhanov, respectivement. A étudié le droit à l'Université russe d'économie Plekhanov et à l'Institut Griboyedov de droit international. Elle est titulaire d'un diplôme en économie de l'Université russe d'économie Plekhanov et de l'Institut Griboyedov de droit international et d'économie. PDG de Personalinvest et co-fondateur de Highrest.

Traduit du russe par Le Rouge et le Blanc.