Les progrès de l’informatique quantique promettent d’accélérer la découverte de médicaments et la recherche sur les matériaux

Des scientifiques chinois ont observé et contrôlé un état intermédiaire rare dans un système quantique, ralentissant ainsi de fait le chaos quantique. À l’aide du processeur supraconducteur Chuang Tzu 2.0 de 78 qubits, les chercheurs ont montré comment une phase temporairement stable peut être prolongée ou raccourcie.

L’équipe a identifié un plateau de préthermalisation, une brève période durant laquelle le système résiste au désordre avant de basculer rapidement dans une complexité totale. Un réglage minutieux des séquences de contrôle a permis aux scientifiques d’ajuster le taux de décohérence quantique et de maîtriser la manière dont l’information se propage. Les résultats, publiés dans Nature, offrent une fenêtre potentielle pour préserver une information quantique fragile. Des temps de cohérence plus longs pourraient améliorer significativement la fiabilité de l’informatique quantique et des méthodes de correction d’erreurs.

Les chercheurs indiquent que ces travaux mettent aussi en évidence l’avantage des processeurs quantiques pour simuler des phénomènes trop complexes pour les supercalculateurs classiques. Les applications pourraient aller de la découverte de médicaments et de la recherche avancée sur les matériaux aux communications sécurisées de nouvelle génération.

Un puissant moteur de chimie quantique est désormais disponible pour aider les scientifiques à s’attaquer à des problèmes chimiques complexes. L’Extreme-scale Electronic Structure System (EXESS) peut effectuer plus de 1 quintillion de calculs par seconde pour répondre à des questions de chimie quantique. Cette nouvelle technologie pourrait accélérer drastiquement la recherche en découverte de médicaments, en science des matériaux et dans d’autres domaines.

Les calculs de chimie quantique jouent un rôle majeur dans le développement de nouveaux médicaments et matériaux. Par exemple, les chercheurs utilisent des simulations de chimie quantique pour comprendre comment les médicaments interagissent avec des sites de liaison moléculaires dans l’organisme. Cette compréhension peut aider à modifier la molécule du médicament afin d’optimiser la rapidité et l’efficacité de cette liaison.

La puissance de calcul nécessaire augmente de façon exponentielle avec le nombre d’atomes dans le système. Résoudre avec précision des problèmes impliquant de grandes molécules comme les protéines, qui peuvent contenir des milliers d’atomes, devient rapidement intenable. EXESS fonctionne 3 000 à 4 000 fois plus vite que de nombreux autres logiciels de chimie quantique, ouvrant la voie à des calculs sur de grandes molécules comme les protéines. Aucun progrès unique n’explique à lui seul une telle hausse, et le système fonctionne sur du matériel conventionnel — aucune informatique quantique n’est donc nécessaire.

L’un des moyens utilisés par l’équipe pour accélérer les calculs a consisté à trouver des façons d’exécuter plusieurs opérations simultanément. De nombreux algorithmes de chimie quantique sont conçus pour fonctionner en étapes séquentielles. L’équipe a trouvé des moyens de modifier les algorithmes ou les approches théoriques afin de permettre l’exécution en parallèle d’un plus grand nombre de processus. Elle a mis en œuvre une technique appelée fragmentation moléculaire, qui décompose un problème en fragments plus petits, calcule ces fragments en même temps, puis réassemble les résultats. Cela leur a permis d’accélérer de grands calculs en exécutant simultanément de nombreux calculs plus petits.

Certains calculs qui prendraient, en principe, environ un mois ne nécessitent en réalité qu’environ 12 minutes lorsqu’ils sont exécutés avec EXESS. L’entreprise se concentre actuellement sur l’utilisation d’EXESS pour la découverte de médicaments, afin d’identifier et d’optimiser les interactions entre les médicaments et l’organisme, ou de mieux comprendre comment les médicaments existants fonctionnent et pourquoi des résistances se développent. L’entreprise propose un accès gratuit pour des projets de recherche approuvés. Une version limitée du logiciel est également accessible au grand public.

La découverte de médicaments, le développement de nouvelles chimies de batteries, les simulations de matériaux et la détection de la fraude figurent parmi les principales applications des ordinateurs quantiques. L’informatique quantique est présentée comme un candidat de premier plan parmi les stratégies technologiques et continue d’être soutenue par les gouvernements du monde entier. Le marché de l’informatique quantique est estimé dépasser 21 milliards de dollars d’ici 2046, avec un taux de croissance annuel composé de 26,7 %.

Le développement continu de puces quantiques plus grandes et plus puissantes est désormais en cours. La maîtrise de tels états transitionnels sera cruciale pour libérer tout le potentiel des technologies quantiques.