La puce quantique Willow de Google démontre une suprématie quantique vérifiable au niveau matériel

• « Un grand pas vers des applications réelles de l’informatique quantique » : l’algorithme Quantum Echoes de Google
• L’algorithme Quantum Echoes fonctionne sur la puce quantique Willow de Google et a été présenté comme le premier cas au monde de suprématie quantique vérifiable (Verifiable)
• Cet algorithme peut calculer des structures moléculaires et simuler des systèmes naturels, avec des performances 13 000 fois supérieures à celles des supercalculateurs les plus rapides actuels
• Quantum Echoes mesure en renvoyant l’« écho » d’un signal quantique, ce qui amplifie de minuscules interférences et permet des calculs d’une précision extrême
• Dans une expérience menée en collaboration avec l’UC Berkeley, il a prédit avec précision la géométrie de molécules et capté des informations sur les distances intermoléculaires que les méthodes NMR classiques ne pouvaient pas révéler
• Cette avancée est considérée comme un tournant majeur marquant l’entrée de l’informatique quantique dans des secteurs industriels concrets, comme le développement de médicaments, la science des matériaux et la recherche sur la fusion nucléaire

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L’émergence de l’algorithme Quantum Echoes et sa portée

• Avec cette recherche, Google démontre qu’un ordinateur quantique peut dépasser les supercalculateurs les plus rapides tout en produisant des résultats vérifiables
  • Il ne s’agit pas seulement de « suprématie quantique (Quantum Supremacy) », mais d’un calcul « vérifiable » dont le même résultat peut être reproduit par des expériences répétées
• L’algorithme OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) implémenté sur la puce Willow fait avancer un signal, perturbe ensuite un qubit, puis le fait revenir en sens inverse pour mesurer un « écho »
  • Grâce à l’effet d’interférence quantique (constructive interference), le signal est amplifié, ce qui permet de détecter jusqu’aux plus infimes variations
• La puce Willow utilise un réseau de 105 qubits et rend cette mesure de précision possible grâce à un faible taux d’erreur et une vitesse de calcul élevée

La puce Willow et ses fondements techniques

• Willow est la dernière puce quantique annoncée par Google en 2024, une plateforme qui a fortement amélioré les techniques de suppression des erreurs et résolu un défi resté ouvert pendant près de 30 ans
• Lors du précédent benchmark de Random Circuit Sampling, Willow avait déjà démontré d’excellentes performances en maximisant la complexité des états quantiques
• Quantum Echoes n’est pas une simple expérience de complexité, mais une nouvelle forme de calcul qui modélise des expériences physiques, un test exigeant qui doit valider à la fois la précision et la complexité

Calcul de structures moléculaires et validation expérimentale

• Google et l’UC Berkeley ont mené ensemble une expérience de calcul quantique de géométrie moléculaire
  • L’algorithme Quantum Echoes a été appliqué à deux molécules composées respectivement de 15 et 28 atomes
  • En plus de correspondre aux résultats classiques de NMR (résonance magnétique nucléaire), il a permis d’obtenir de nouvelles informations sur les distances intermoléculaires, impossibles à observer avec les techniques existantes
• Cela montre que Quantum Echoes pourrait devenir un nouvel outil de mesure de structure, comme une « règle moléculaire »
  • Son potentiel est particulièrement important pour l’analyse de nouveaux matériaux, comme les structures de liaison des médicaments, les matériaux de batterie ou les polymères

Des progrès vers des applications réelles

• Cette avancée est considérée comme un premier signal indiquant que les ordinateurs quantiques peuvent commencer à s’attaquer à des problèmes industriels réels dans la pharmacie, les sciences de la vie et la recherche sur les matériaux
• Quantum Echoes constitue une démonstration concrète que les machines quantiques peuvent modéliser avec précision les interactions de la nature
  • Exemples : analyser la structure de liaison entre un candidat médicament et une protéine, ou comprendre l’agencement moléculaire de nouveaux matériaux conducteurs
• Google progresse actuellement vers le « Milestone 3 », c’est-à-dire la mise en œuvre de qubits logiques (logical qubit) à longue durée de vie
  • Il s’agit d’une étape clé vers le développement futur d’un ordinateur quantique entièrement corrigé des erreurs

Perspectives

• Quantum Echoes restera comme la première étude à démontrer simultanément la précision, la reproductibilité et l’applicabilité du calcul quantique
• Avec cette recherche, Google avance aussi le concept de « quantum-scope », ouvrant la possibilité d’un nouvel outil pour explorer des phénomènes naturels jusque-là inobservables
• Cette progression est perçue comme un point de bascule marquant le passage des technologies quantiques du laboratoire vers l’application industrielle

[GN⁺]

Commentaires Hacker News

• Si j’avais du Bitcoin, je serais assez inquiet de l’évolution de l’informatique quantique après avoir vu cette conférence de la DEFCON (https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)
  • Certains schémas de cryptographie à clé publique sont vulnérables aux algorithmes quantiques, mais les parties centrales de la blockchain Bitcoin ne sont pas directement affectées. Même casser une seule clé privée avec un ordinateur quantique prendrait encore de plusieurs jours à plusieurs semaines, ce qui laisserait largement le temps d’être averti. En revanche, la sécurité des messageries chiffrées de bout en bout comme WhatsApp ou Signal m’inquiète davantage. Des messages interceptés aujourd’hui pourraient être déchiffrés plus tard, donc mieux vaut passer rapidement à des chiffrements plus robustes. Signal a récemment fait un progrès important sur ce point (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
  • La menace de l’informatique quantique est déjà largement reconnue. Il reste suffisamment de temps pour agir, et des travaux d’adaptation sont en cours dans le monde entier. Si les attaques cryptographiques quantiques vous inquiètent, alors ce ne sont pas seulement les cryptomonnaies qui sont en danger, mais aussi les banques, les comptes de courtage, les e-mails, les SMS, bref presque tous les services numériques.
  • Chaque fois que j’ai mentionné que l’informatique quantique pourrait menacer la sécurité des cryptomonnaies, j’ai toujours reçu beaucoup de réactions négatives. C’est le genre de moment où l’on sent qu’il y a beaucoup de HODLers. Au fond, investir dans les cryptomonnaies revient en partie à parier sur la faisabilité réelle de l’informatique quantique.
• Est-ce que « verifiable » veut dire « il suffit de l’exécuter deux fois et d’obtenir le même résultat » ? La vérifiabilité quantique, c’est le fait de pouvoir refaire sortir la même réponse de cet ordinateur quantique ou d’un autre équivalent, de façon répétée, pour établir la confiance.
  • Si j’ai bien compris, la « vérifiabilité » signifie qu’il faut aussi pouvoir démontrer en théorie à un sceptique n’utilisant qu’un ordinateur classique que le dispositif quantique a bien fonctionné. C’est le genre de preuve rigoureuse qu’on trouve chez Mahadev (https://arxiv.org/abs/1804.01082) ou Aaronson (https://arxiv.org/abs/2209.06930). Les précédentes expériences RCS n’avaient pas cette capacité, donc s’il s’agissait vraiment de « suprématie quantique vérifiable », ce serait une avancée majeure, mais l’article n’en parle pratiquement pas. Contrairement au communiqué, on dirait davantage qu’ils ont montré une « direction prometteuse » plutôt que démontré la suprématie.
  • Nulle part dans l’article la notion même de « verifiability » n’est clairement traitée. Si j’ai bien compris, les précédentes expériences de suprématie quantique portaient sur l’échantillonnage d’une distribution de probabilité complexe, dont la vérification est délicate. Ici, en revanche, les mesures produisent des valeurs numériques explicites, qui peuvent par exemple être comparées directement à un autre système expérimental ou à un ordinateur. Les valeurs mesurées elles-mêmes sont donc comparables. Cela dit, dans les expériences précédentes, l’espérance des échantillons était proche de 0, donc difficile à observer en pratique. Je précise que c’est mon interprétation, puisqu’il n’y a pas d’explication officielle.
  • Cela veut dire qu’on dépasse le stade du « ça marche sur ma machine » et que l’algorithme fonctionne de manière cohérente sur plusieurs ordinateurs quantiques.
  • Le cœur du résultat ici, c’est que ce serait le premier exemple où la « suprématie quantique » a été vérifiée. Le texte dit : « Pour la première fois de l’histoire, un ordinateur quantique a exécuté avec succès un algorithme vérifiable dépassant les capacités des supercalculateurs. »
  • Cela veut dire qu’on le répète N fois, pas simplement deux.
• Quand on lit des phrases comme « 13 000 fois plus rapide que le supercalculateur le plus rapide », « la vérifiabilité quantique, c’est le fait que le même résultat sorte de manière constante sur notre ordinateur quantique ou un équivalent », ou encore « les résultats concordaient avec la RMN tout en révélant des informations supplémentaires que la RMN ne pouvait pas fournir », on a l’impression que la vraie suprématie quantique a enfin été démontrée.
  • En parcourant rapidement l’article, j’ai l’impression que les « informations normalement inaccessibles par RMN » désignent le calcul du Jacobien et de la Hessienne du Hamiltonien. Autrement dit, en exécutant simplement l’expérience quantique, on peut simuler directement la dynamique du système. Le Jacobien et la Hessienne sont les matrices des dérivées premières et secondes par rapport à tous les paramètres.
• J’aimerais avoir l’avis de spécialistes du calcul classique sur ce résultat et ces affirmations. Par le passé, après l’annonce d’une suprématie quantique, d’autres équipes ont souvent obtenu de meilleurs résultats avec des algorithmes classiques optimisés.
• Je partage des informations sur les articles liés
  Article sur l’idée : Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
  Vérification des résultats sur un autre ordinateur quantique (pas encore faite) : Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Je me demande si ce résultat relève encore du problème RCS, ou d’un problème proche. Si j’ai bien compris, ce que les ordinateurs quantiques actuels savent surtout faire revient finalement à « simuler l’ordinateur quantique lui-même ».
  • C’est assez différent des célèbres expériences de random circuit sampling (RCS) d’avant. Le résultat du RCS est une bitstring aléatoire non chiffrée, donc différente à chaque exécution. Comme il y a de l’aléatoire, il n’y a pas de répétabilité, et à vrai dire il n’y a pas grand-chose d’intéressant non plus ; tout l’intérêt est que seul un ordinateur quantique peut la générer efficacement. Ici, on peut obtenir le même résultat à chaque exécution, et on utilise un circuit structuré, donc beaucoup plus facile à contrôler. Bonus : il y a un lien avec la spectroscopie moléculaire ; même si l’échelle reste petite, on entrevoit une application potentiellement utile à l’avenir, bien plus que la génération de bitstrings aléatoires.
  • Cette expérience ne concerne ni le problème RCS ni la théorie des nombres. La présentation porte sur un algorithme baptisé « Quantum Echoes ». Après avoir configuré l’expérience, on perturbe un qubit puis on observe les « échos » dans l’ensemble du système. Ils s’en sont servis pour reproduire une expérience classique d’un domaine jusque-là étudié par RMN, et ont aussi obtenu des données difficiles à extraire avec les méthodes existantes.
• On dirait que cette fois c’est un calcul réellement utile ; je me demande en quoi cela diffère des résultats précédents.
  • Dans le monde réel, cela reste encore totalement inutilisable. Et on ne peut pas non plus dire que ce soit véritablement vérifiable.
• Si j’ai bien compris, les puces quantiques ne peuvent exécuter qu’une partie des algorithmes à cause des limites sur les portes réalisables. Je me demande donc si une puce quantique est vraiment un ordinateur universel.
• J’ai l’impression d’avoir déjà vu plusieurs fois ce genre d’annonce, y compris chez Google : « démonstration sur matériel du premier algorithme ayant atteint une suprématie quantique vérifiable ».
  • Cette fois, le mot clé est « vérifiable ». Cela veut dire qu’ils ont produit avec un ordinateur quantique un résultat reproductible et cohérent sur une opération qui prendrait trop longtemps classiquement. À l’inverse, avec quelque chose comme le RCS, la sortie change à chaque fois et on ne peut donc pas vérifier.
  • Si c’est vrai, c’est conforme à ce qu’on pouvait attendre. La suprématie quantique couvre de toute façon un spectre, depuis « comparaison avec la meilleure réponse classique qu’on peut obtenir en mobilisant au maximum nos ressources et notre technique » jusqu’à « sortie utile formellement vérifiable ».
  • Même chez Google, ce serait déjà la troisième fois.
  • Cette fois, comme c’est annoncé avec un article dans Nature, on peut l’interpréter différemment des précédents (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6).
• Je ne suis pas expert en quantique, mais j’ai l’impression que ce genre de nouvelle revient depuis plus de dix ans sans jamais déboucher sur quelque chose de vraiment exploitable.
  • C’est excellent pour lever des financements en recherche en physique. Même si ça ne sert à rien, je préfère encore que l’argent aille là plutôt que dans la politique ou les coûts de surveillance.
  • Je ne suis pas expert non plus, donc j’aimerais bien qu’une personne plus compétente complète. De ce que j’ai compris, tout est encore à ses débuts. Le simple fait de prouver qu’un algorithme quantique est possible a déjà une grande valeur. (C’est, je crois, ce que l’article affirme ici.) Si cela a bien été démontré, l’étape suivante consistera à avoir plus de qubits, plus de paires intriquées et un taux d’erreur plus faible afin de pouvoir l’appliquer à des problèmes réels. Ce genre d’annonce est probablement vrai, mais seulement « dans un périmètre très restreint ». C’est un peu comme annoncer : « nouvel algorithme de factorisation 10 000 fois plus rapide que l’état de l’art ! », alors qu’en pratique il ne sait factoriser que jusqu’à 103.
  • Quand les entreprises sont guidées par le profit, elles finissent par produire non pas une communication fondée sur la réputation scientifique ou la poursuite de la recherche, mais une avalanche de messages exagérés destinés aux investisseurs et aux actionnaires. Ce type d’affirmation sensationnaliste vise des actionnaires intéressés uniquement par les profits futurs et incapables de juger le contenu réel. C’est un phénomène naturel quand on confie la science à des entreprises.