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Comment les entreprises peuvent expérimenter dès aujourd’hui l’informatique quantique grâce au cloud… [MAJ 21 août 2020]

Par Laurent Delattre, publié le 21 août 2020

L’informatique quantique existe déjà très concrètement dans le nuage même si elle reste encore limitée. Les offres QaaS (Quantum as a Service) se multiplient sur le cloud et permettent aux étudiants, chercheurs, scientifiques, développeurs et entreprises d’expérimenter leurs premiers algorithmes quantiques sur de véritables hardwares quantiques.

L’informatique quantique s’annonce comme la prochaine révolution technologique, celle qui permettra de changer d’échelle et permettra à l’humanité de se frotter à des problématiques pour l’instant inaccessibles.

Dans une récente tribune, Antoine Gourévitch, directeur associé sénior au BCG, invitait les entreprises à ne pas considérer cette technologie comme de la science-fiction. « Les pionniers prendront un avantage concurrentiel crucial au moment où cette technologie d’avant-garde atteindra son plein potentiel, avertit-il… D’ici 2024, la valeur des applications quantiques ne devrait pas dépasser 2 à 5 milliards de dollars. Mais attention, le point d’accélération peut intervenir très rapidement. Et à ce moment clé de rupture, les entreprises ayant investi dans cette innovation disposeront d’une avance difficile à rattraper pour leurs concurrents. »

Or force est de constater qu’en 2019, non seulement les « machines quantiques » ont commencé à sortir des laboratoires de recherche mais l’informatique quantique elle-même est déjà relativement concrète : elle peut être apprise, expérimentée et même utilisée grâce au cloud. Les premiers ordinateurs quantiques sont disponibles et s’exposent dans le cloud. Plusieurs grandes entreprises ont déjà démarré des expérimentations pratiques pour réaliser des analyses moléculaires, modéliser la circulation dans une ville, etc.

2020 pourrait ainsi nous amener les premières utilisations quantiques industrielles malgré les limites des machines actuellement disponibles. Car force est de reconnaître que les ordinateurs quantiques aujourd’hui disponibles, dont aucun ne dépasse les 50 qubits, ne font pas vraiment mieux que les émulateurs permettant de découvrir l’informatique quantique sur des machines traditionnelles (l’émulateur Atos QLM propose 41 qbits). Mais chaque Qubit gagné fait faire un bon de géant à cette nouvelle vision de l’ordinateur. Selon Atos, même 60 Qubits permettraient de résoudre des problèmes inaccessibles aux ordinateurs d’aujourd’hui. Avec son Sycamore (54 Qubits dont seuls 53 semblent utilisables), Google a récemment réalisé en 3 minutes un calcul que le plus puissant des HPC actuels mettrait au mieux plusieurs jours à concrétiser (même s’il y a polémique à ce sujet).

Bref, il est temps d’en finir avec les premiers algorithmes quantiques sur papier et de passer à l’expérimentation non plus théorique mais pratique. Voici les différents services « Cloud Quantique » à disposition des entreprises…

AWS Amazon Braket

Annoncé lors de « Re:Invent 2019 » et désormais disponible à tous (la General Availability a été annoncée en août 2020), Amazon Braket est un service managé pensé pour les développeurs et entreprises qui veulent « se lancer dans l’informatique quantique grâce à un environnement de développement visant à explorer et concevoir des algorithmes quantiques, les tester sur des simulations d’ordinateurs quantiques et les exécuter sur les technologies matérielles quantiques de votre choix ».
Braket propose un environnement de développement, test, exécution unifié avec des tutoriels et des bloc-notes Jupyter pour explorer les applications possibles et travailler à partir d’algorithmes quantiques préexistants.
L’exécution se fait au choix sur des simulateurs quantiques, sur des machines à pièges à Ions (machines IonQ), sur des machines à recuit quantiques (D-Wave) et sur des machines à Qubit supraconducteur universel (Rigetti).
Depuis Août 2020, il est officiellement ouvertement disponible à tous sans inscription/acceptation préalable..

SDK préconisé : Amazon Braket SDK
Langages de développement supportés : Python
Partenaire de hardware quantique : IonQ, Rigetti, D-Wave
En savoir plus : Amazon Braket

Azure Quantum

Lors de MS Ignite en octobre dernier, Microsoft a annoncé en preview privée l’ouverture d’Azure Quantum. L’éditeur propose déjà depuis près d’un an un kit de développement en open source, doté d’un simulateur, ainsi que des compilateurs Q#, le langage de développement quantique imaginé par Microsoft Research et placé sous licence open source MIT.
Azure Quantum permet à ceux préalablement inscrits et acceptés d’accéder à des briques et algorithmes quantiques préfabriqués, à des simulateurs quantiques mais aussi à du véritable hardware quantique. En attendant que le propre ordinateur quantique de Microsoft voie le jour, l’éditeur fournira un accès à des machines quantiques signées Honeywell, IonQ et QCI.
A l’heure où nous écrivons ces lignes, le service est toujours en accès restreint, nécessitant une inscription avec approbation pour pouvoir l’expérimenter.

SDK préconisé : QDK (Microsoft Research, en open source)
Langages de développement supportés : Q#, Python, C++, C, …
Partenaire de hardware quantique : Honeywell, IonQ, QCI et prochainement Microsoft
En savoir plus et s’inscrire : Azure Quantum

D-Wave Leap 2

Evolution de son service lancé en 2018, « Leap 2 » est le nouveau service QaaS du pionnier D-Wave. Lancé début mars 2020, il se révèle bien plus accessible à toutes les entreprises et les services de R&D. Il propose différentes formules allant de 335$ par mois à 3000$ par mois.
Leap 2 se révèle très différent des offres concurrentes présentées ici. Le service est bien plus orienté sur l’utilisation du quantique à des fins pratiques que sur l’apprentissage du développement quantique. Il s’appuie pour cela sur l’expérience du pionnier de l’informatique quantique et sur les très nombreux développements déjà créés par ses spécialistes.
Lors de l’inscription vous pourrez bénéficier d’une minute d’accès direct à leur ordinateur quantique et 20 minutes d’accès gratuits à des « solvers » préprogrammés utilisant des ressources à la fois classiques et hybrides. Ces « solvers » aident les entreprises à résoudre rapidement des problèmes complexes (en choisissant parmi une liste d’algorithmes quantiques préconçus) sans programmation aucune. Les scientifiques se contentent simplement de rentrer les variables (il peut y en avoir jusqu’à 10 000) propres au solver sélectionné.
Le service propose également un IDE complet pour programmer son ordinateur quantique à l’aide de l’Ocean SDK (le kit de Dev de D-Wave) et du langage Python. Il intègre une nouveauté destinée aux développeurs quantiques, le « Problem Inspector », permettant d’afficher visuellement comment leurs problèmes peuvent être résolus par le QPU (Quantum Processing Unit) et débugger le traitement via un histogramme de solutions potentielles.
Bien évidemment, et contrairement aux autres sites présentés ici, le service D-Wave Leap 2 s’appuie exclusivement que les ordinateurs adiabatiques à “recuit quantique” de D-Wave. Ces ordinateurs utilisent bien des Qubits mais se limitent à des portes quantiques spécifiques (plutôt qu’universelles) qui restreignent le type de traitement exécutable.

SDK préconisé : Ocean SDK
Langages de développement supportés : Python
Partenaire de hardware quantique : D-Wave Systems
En savoir plus et s’inscrire : D-Wave Leap 2

IBM Q Experience

Pionnier du cloud quantique (le service a ouvert en 2016 !), IBM propose un service à l’interface très conviviale. Son service propose des bloc-notes Qiskit (basés sur Jupyter) mais surtout Circuit Composer, une interface totalement graphique pour créer et tester des circuits.
Les algorithmes peuvent ensuite être testés et exécutés directement sur des machines quantiques produites par IBM. Le constructeur met ainsi à disposition 14 IBM Q Systems (8 IBM Q System One de 20 qubits universels, 1 système 14 qubits, 4 systèmes 5 qubits et un nouveau système 53 qubits) via son service cloud.
IBM est le seul fournisseur à proposer une interface de programmation quantique visuelle.
Il a longtemps été le premier opérateur cloud à disposer d’un service QaaS « ouvert » à tous.
Ce n’est plus vrai aujourd’hui depuis l’ouverture d’Amazon Braket, celle de Rigetti QCS et celle de D-Wave Leap 2.

SDK préconisé : Qiskit (open source)
Langages de développement supportés : OpenQASM, Python
Partenaire de hardware quantique : IBM Q Systems
En savoir plus et s’inscrire : IBM Q Experience

Rigetti QCS

La startup californienne, qui bénéficie d’un des plus hauts financements dans l’univers des startups ‘quantiques’, a lancé dès septembre 2018 un service cloud d’informatique quantique à destination des entreprises : Rigetti QCS.
L’offre QCS combine la plateforme de développement Forest de Rigetti (livrée sous forme de VM), des serveurs classiques dans le cloud, et un ordinateur quantique planqué on ne sait trop où. L’exécution des algorithmes se fait soit sur un simulateur soit sur une vraie machine Rigetti en allouant des QPU autrement un nombre de Qubits désiré jusqu’à 19 Qubits. Le service permet de réserver des Qubits à l’avance en spécifiant l’heure à laquelle vous en avez besoin et la durée.

SDK préconisé : Forest SDK (open source)
Langages de développement supportés : Quil, PyQuil
Partenaire de hardware quantique : Rigetti
En savoir plus et s’inscrire : Rigetti Quantum Cloud Services

Google Quantum Playground

Google est un acteur majeur de l’informatique quantique et le premier a déclaré, en octobre 2019, avoir atteint la suprématie quantique avec son Sycamore 54 Qubit, même si son « exploit » prête à polémique.
Il n’existe pas encore de service GCP dédié au cloud computing que les entreprises puissent directement utiliser bien que l’entreprise ait obtenu dès 2016 un brevet pour du « Quantum Computing as a Service » ! Toutefois quelques rares grandes organisations ont noué des partenariats avec le géant du Web pour tirer parti de ses machines quantiques.
Il propose néanmoins un « Playground » (dont les composantes sont en open source) avec un IDE et son propre langage de script permettant de développer et expérimenter via le cloud des algorithmes quantiques sur un émulateur 22 Qubits.