Centres de données quantiques : quand l'intrication tisse le réseau ✛
Dans un cryostat refroidi à quelques dizaines de millikelvins vivent des qubits supraconducteurs. Ils ne sont pas nombreux : des dizaines, tout au plus des centaines. La diaphonie et le bruit thermique empêchent d'en empiler davantage. Or, pour casser RSA-2048, il faut de dix mille à dix millions de qubits physiques. Un écart de cinq ordres de grandeur, comparable à celui entre un vélo et une fusée.
L'orchestrateur est un chef d'orchestre qui, à partir d'une même partition d'intrication, crée n'importe quelle mélodie de connexions. Il génère des états de graphe, des structures intriquées où les nœuds sont reliés selon un motif de graphe. En gardant une partie des qubits chez lui, l'orchestrateur réorganise les connexions virtuelles entre les clients par des mesures locales de Pauli. Le câblage physique reste le même, mais la topologie logique change à volonté. À partir d'un état de graphe linéaire, on obtient un bus par fusion, et des mesures en X réduisent la distance entre les nœuds.
Un centre de données quantique n'est pas un réseau mondial, mais une infrastructure locale : plusieurs ordinateurs quantiques dans un même bâtiment. Ils sont reliés par des canaux optiques qui fonctionnent à température ambiante. La transduction est le pont entre le monde cryogénique des qubits et le monde optique des photons. L'écart de fréquences est de cinq ordres de grandeur. Le franchir, c'est donner aux qubits la liberté de se déplacer.
L'étape suivante, ce sont les hubs quantiques : la fusion de plusieurs centres de données via un réseau maillé d'orchestrateurs. La question reste ouverte de savoir si l'on peut réaliser des topologies inter-réseaux sur des états de graphe en étoile à n branches uniquement avec des opérations locales. Une standardisation des métriques de transduction sera nécessaire : l'efficacité seule ne suffit pas, il faut tenir compte du type de codage et des caractéristiques de bruit. La décohérence, c'est-à-dire la perte des propriétés quantiques due à l'interaction avec l'environnement, reste un problème fondamental. Les centres de données quantiques ne le résolvent pas, mais le transfèrent au niveau architectural : si l'on ne peut pas prolonger la vie d'un qubit, on répartit le calcul sur de nombreux qubits et on les relie par intrication.
Dans le cryostat, il fait toujours froid. Mais désormais, le froid n'est plus une prison, c'est un tremplin. L'orchestrateur dirige, et l'intrication résonne de plus en plus fort.
Pour casser une clé RSA de 2048 bits, il faut environ 4099 qubits logiques, ce qui, en termes de qubits physiques (compte tenu de la correction d'erreurs), donne de 10 000 à 10 000 000 qubits. Les ordinateurs quantiques actuels ne disposent que de quelques dizaines de qubits physiques.
L'idée d'un centre de données quantique fait écho à l'« intrication quantique » du roman de Liu Cixin, « Le Problème à trois corps », où les sophons utilisent l'intrication pour communiquer instantanément. En réalité, l'intrication ne transmet pas l'information plus vite que la lumière, mais elle permet de téléporter des états quantiques sans transfert physique de particules.