Deux jalons de la recherche en informatique quantique — des gains majeurs en efficacité de correction d'erreurs et la première vérification expérimentale d'une hypothèse fondamentale de mise à l'échelle — ont sensiblement modifié les probabilités qu'un ordinateur quantique viable soit produit d'ici la prochaine décennie environ, selon Shinobi, dans la dernière édition imprimée de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. Ni l'usage généralisé ni un accès facile ne sont garantis, met en garde l'auteur, mais la possibilité que des machines viables émergent dans un avenir proche ne doit pas être écartée.

Le débat sur la question de savoir si un ordinateur quantique représente une menace réaliste pour le réseau Bitcoin dure depuis plus d'une décennie. La question est enracinée dans la manière dont Bitcoin se sécurise : dépenser des fonds nécessite une signature numérique sur courbe elliptique, le type de problème mathématique que l'algorithme de Shor pourrait en théorie briser sur une machine quantique suffisamment puissante, tandis que le hachage SHA-256 qui sous-tend le minage est considéré comme bien plus résistant, puisque l'algorithme de Grover n'offre qu'une accélération quadratique. C'était déjà un sujet de conversation sérieux il y a plus de 13 ans, lorsque Shinobi a découvert Bitcoin. Depuis, des progrès considérables ont été réalisés, tant en théorie qu'en ingénierie concrète. Cela ne signifie pas pour autant que la technologie atteindra une adoption généralisée, ni même une relative accessibilité pour ceux disposant de capitaux importants. Mais il est tout à fait possible qu'un certain nombre de machines viables soient produites dans un avenir proche.

Les améliorations de la correction d'erreurs

La première amélioration majeure concerne la correction d'erreurs. Pour compenser le bruit inhérent au travail à une si petite échelle, produire un qubit logique réellement utile pour le calcul en pratique exige l'utilisation de multiples qubits physiques redondants.

L'état de l'art antérieur reposait sur les codes de surface : une méthode consistant à regrouper plusieurs qubits physiques dans une grille et à en utiliser certains comme qubits de contrôle qui « vérifient » périodiquement leurs voisins afin de s'assurer qu'aucune erreur interne ne s'est produite dans la superposition (sans effondrer celle-ci). Chaque espace vide de la grille doit être rempli de qubits contrôle.

Cette exigence de qubits de contrôle crée une surcharge supplémentaire pouvant atteindre près de 1 000 qubits physiques par qubit logique au total, et elle devient problématique à grande échelle car les qubits de contrôle ne peuvent vérifier que les qubits immédiatement adjacents. Chaque groupe de qubits doit donc disposer de vérificateurs espacés à équidistance.

Les codes quantiques de contrôle de parité à faible densité (qLDPC) suppriment ce goulot d'étranglement, permettant aux qubits de contrôle de vérifier d'autres qubits à grande distance à travers le dispositif — soit par des pistes entrelacées communiquant entre les sections de la puce, soit en déplaçant physiquement des atomes, comme avec l'architecture à atomes neutres. Cela a permis une réduction d'un facteur 10 du nombre de qubits physiques nécessaires pour produire un qubit logique fiable.

Pour le modèle de menace pesant sur Bitcoin, ce ratio de surcharge est le nœud du problème. Toute machine capable d'exécuter l'algorithme de Shor contre les signatures sur courbes elliptiques devrait être assemblée à partir de qubits logiques fiables ; le nombre de qubits physiques consommés par chacun détermine donc largement l'ampleur du matériel requis. Ce n'est pas un gain à négliger. Ce n'est peut-être pas une machine pleinement fonctionnelle réalisant des progrès en matière d'efficacité, mais il s'agit de gains d'efficacité substantiels dans les processus d'ingénierie qui sous-tendent la production d'un ordinateur quantique pleinement fonctionnel.

Les progrès dans la preuve des fondamentaux

Le second jalon concerne une question plus fondamentale : l'affirmation selon laquelle l'ajout de qubits physiques supplémentaires entraîne une réduction du bruit global du système, plutôt qu'une augmentation, se vérifie-t-elle réellement ? À ce jour, cela demeure largement théorique — et il faut garder à l'esprit qu'aucun ordinateur quantique pleinement fonctionnel n'a jamais réalisé de bout en bout un calcul dont un ordinateur classique serait incapable.

Google a mené une expérience avec ses puces Sycamore (puis Willow) afin de vérifier expérimentalement l'effet de l'ajout de qubits physiques supplémentaires. Il s'agit dans les deux cas de processeurs supraconducteurs, la même grande famille de matériel dont les contraintes d'agencement physique sont précisément ce que les travaux sur le qLDPC cherchent à résoudre, en concurrence avec les architectures à atomes neutres qui organisent des vérifications d'erreurs à longue distance en déplaçant physiquement des atomes. Pour être très clair, il ne s'agissait pas d'une démonstration de calcul, mais simplement d'une démonstration de stockage d'informations en mémoire sans dégradation.

En utilisant des qubits logiques composés d'un ensemble de 17 qubits physiques, d'un ensemble de 49, puis d'un ensemble de 101, Google a démontré que le taux d'erreurs logiques — la fréquence de corruption des données — diminuait à mesure que le nombre de qubits physiques augmentait. Ce test a franchi un seuil critique : le qubit logique créé à partir des qubits physiques indépendants a maintenu sa cohérence plus longtemps que n'importe quel qubit physique individuel qui le composait.

Là encore, il ne s'agit pas d'un saut vers un ordinateur quantique pleinement fonctionnel effectuant des calculs dont les machines classiques seraient incapables, mais d'un progrès substantiel prouvant l'une des hypothèses fondamentales qui sous-tendent les ordinateurs quantiques.

L'IA

Ce ne sont pas les seuls domaines de cette problématique où de meilleures solutions sont trouvées. L'intelligence artificielle est devenue une composante majeure de ces systèmes. Elle est utilisée dans le processus même de lecture et de décodage des informations provenant d'un ordinateur quantique, un goulot d'étranglement important pour une utilisation à grande échelle de ces.

L'IA sert également au développement de nouveaux algorithmes quantiques optimisés pour ce type de machines. Compte tenu de la récente vague d'IA contribuant à résoudre — voire à réfuter des conjectures existantes — des problèmes majeurs du domaine des mathématiques, il n'est pas farfelu d'envisager des percées majeures apportées par l'IA.

Elle est mise à contribution de la même manière pour concevoir les circuits quantiques physiques réels construits selon différentes architectures. C'est un problème véritablement complexe : trouver la manière optimale de disposer les portes quantiques dans l'espace physique afin de minimiser le bruit au niveau quantique, sans créer tant d'espace vide que cela introduise latence, inefficacité et autres problèmes à résoudre.

C'est un facteur qui pourrait bien dynamiser les progrès vers la résolution des problèmes fondamentaux nécessaires.

Perspectives d'avenir

En fin de compte, de l'avis de l'auteur, tout se résume à une question : l'hypothèse selon laquelle l'ajout de qubits physiques réduit le bruit tient-elle réellement lorsqu'il s'agit de calcul et de manipulation active de l'information quantique ?

Si cette hypothèse se vérifie — et n'est pas réfutée expérimentalement dans un avenir proche — alors il existe un cas très réaliste pour la production d'un ordinateur quantique viable dans les dix prochaines années. Des ressources massives sont consacrées à ce problème, des progrès significatifs, sinon écrasants, ont été réalisés sur certains de ses aspects, et s'il existe fondamentalement un moyen de faire quelque chose, les êtres humains finissent généralement par le trouver.

Cette incertitude n'est pas propre à Bitcoin. L'industrie de la sécurité au sens large a déjà commencé à agir face à ce risque à long terme : en 2024, le National Institute of Standards and Technology américain a finalisé ses premières normes de cryptographie post-quantique, approuvant des remplacements pour les algorithmes à clé publique qu'une machine quantique à grande échelle pourrait menacer. Pour les lecteurs qui suivent ce domaine, les indicateurs à court terme sont simples : les ensembles de qubits logiques continueront-ils de croître avec des taux d'erreurs en baisse, et les expériences passeront-elles du stockage de l'information quantique au calcul actif avec celle-ci — précisément le seuil que l'auteur identifie comme la question ouverte.

Le message n'est pas qu'il est temps de paniquer — mais cette possibilité ne doit pas être écartée.

Cet article est publié dans la dernière édition imprimée de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, et est partagé ici comme un aperçu anticipé des idées explorées dans l'intégralité du numéro. Il est paru pour la première fois sur Bitcoin Magazine et est signé Shinobi.