L’enthousiasme récent suscité par les ordinateurs quantiques a souvent souligné leur potentiel à révolutionner la chimie quantique, en accélérant la découverte de médicaments, la science des matériaux, etc. Cependant, une nouvelle analyse suggère que cette voie pourrait s’avérer bien plus difficile qu’on ne le pensait auparavant. Même si l’informatique quantique a fait des progrès rapides, la question de savoir quelles applications justifieront véritablement cet investissement massif demeure.
La promesse et la réalité
L’idée de base était logique : les ordinateurs quantiques excellent dans la gestion simultanée de nombreuses particules quantiques (comme les électrons dans les molécules), ce qui les rend idéaux pour les calculs complexes d’énergie moléculaire. Il s’agit d’un problème avec lequel les ordinateurs classiques sont confrontés, car la demande de calcul augmente de façon exponentielle avec la taille de la molécule. Pourtant, de nouvelles recherches indiquent que deux algorithmes quantiques de premier plan pourraient avoir une utilité pratique limitée.
Tolérance au bruit et aux pannes : un piège
Les chercheurs dirigés par Xavier Waintal du CEA Grenoble ont examiné à la fois les ordinateurs quantiques bruyants à échelle intermédiaire (NISQ) et les machines hypothétiques tolérantes aux pannes. Pour les appareils NISQ, l’algorithme Variational Quantum Eigensolver (VQE) peut calculer les niveaux d’énergie moléculaire, mais uniquement si le « bruit » quantique (erreurs) est supprimé à un degré peu pratique. Essentiellement, pour rendre VQE compétitif par rapport aux algorithmes de chimie classiques, vous auriez besoin d’un ordinateur quantique presque sans erreur – ce qui n’existe pas encore.
L’alternative, l’estimation de phase quantique (QPE), est prometteuse pour les machines tolérantes aux pannes, mais souffre de ce que les chercheurs appellent la « catastrophe de l’orthogonalité ». Cela signifie qu’à mesure que les molécules grossissent, la probabilité de calculer avec précision leurs niveaux d’énergie les plus bas chute de façon exponentielle. Même avec des ordinateurs quantiques idéaux, le QPE ne sera efficace que dans un nombre limité de cas.
Implications et alternatives
Selon Thibaud Louvet de Quobly, la faisabilité du QPE doit être considérée comme une référence en matière de maturité quantique, et non comme un outil chimique traditionnel. George Booth du King’s College de Londres, qui n’a pas participé à l’étude, est d’accord : « Il est facile d’exagérer les perspectives des ordinateurs quantiques… Cette étude jette le doute sur le fait que la chimie quantique soit vraiment un gain si rapide. »
Malgré ce revers, les ordinateurs quantiques ont encore du potentiel en chimie. Un domaine prometteur consiste à simuler la manière dont les systèmes chimiques réagissent aux perturbations (comme la lumière laser), ce qui pourrait s’avérer plus accessible que les calculs énergétiques purs.
L’étude souligne que le chemin vers la suprématie quantique en chimie est nettement plus complexe que prévu initialement, ce qui oblige à réévaluer les priorités d’investissement dans ce domaine.
