Les mathématiciens de l'Université de Copenhague ont développé une recette pour mettre à niveau les ordinateurs quantiques afin de simuler des systèmes quantiques complexes, tels que des molécules. Leur découverte nous rapproche de la capacité de prédire le comportement de nouveaux médicaments dans notre corps et pourrait potentiellement révolutionner le développement pharmaceutique.
Le développement d'un nouveau médicament peut prendre plus d'une décennie et coûter entre des centaines de millions et des milliards d'euros – ; avec plusieurs tentatives infructueuses en cours de route. Mais que se passerait-il si nous pouvions prédire comment un médicament agissait dans le corps avant ses essais en laboratoire et, ce faisant, accélérer l’ensemble du processus, de plusieurs années à quelques mois ?
Les médicaments sont composés de molécules, elles-mêmes constituées d’atomes. Et comme les atomes se comportent de manière quantique, un ordinateur quantique est nécessaire pour imiter leur comportement. C’est là que réside le défi. Un ordinateur traditionnel – ; peu importe sa taille – ; ne pourrait jamais gérer la grande quantité d’informations requise par la tâche avec la même précision.
Au Centre Quantum for Life de l'Université de Copenhague, une équipe de physiciens, d'informaticiens et de mathématiciens a consacré des années de sa carrière à comprendre comment des simulateurs quantiques, un type d'ordinateur quantique spécialisé, peuvent être déployés pour cette tâche : simuler, et ce faisant prédire, le comportement des molécules.
Tout est une question de taille, n'est-ce pas ?
Un problème fondamental auquel sont confrontés tous les chercheurs en informatique quantique est la taille. Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui sont tout simplement trop petits. En pratique, cela signifie qu’ils ne peuvent simuler que quelques atomes, ce qui est problématique car les molécules complexes des médicaments contiennent souvent des millions d’atomes.
Aujourd’hui, l’équipe Quantum for Life a franchi une étape importante vers la résolution de ce problème en proposant une recette mathématique pour faciliter la programmation des simulateurs quantiques et, ce faisant, extraire plus de puissance de calcul d’un simulateur de même taille.
Les simulateurs quantiques consistent non seulement en matériel quantiquemais de logiciel quantique aussi -; essentiellement, la recette pour utiliser le simulateur quantique. Avec ces nouveaux résultats, nous faisons un grand pas en avant du côté logiciel, en présentant une méthode bien meilleure que celle que nous avions auparavant pour faire évoluer le matériel existant et résoudre des tâches plus complexes. »
Dylan Harley, premier auteur du document de recherche et doctorant au Quantum for Life Center
L’idée reçue sur la façon de faire évoluer un simulateur quantique est qu’il faudrait le construire à partir de zéro. Le nouvel algorithme quantique résout cet obstacle et constitue le cœur du logiciel quantique. L'algorithme introduit une quantité contrôlée de bruit parmi les particules simulées, afin de garantir que la simulation ne s'arrête pas, mais se poursuit comme souhaité. L’idée est de nature générale et peut être appliquée à tout type de matériel quantique, qu’il soit basé sur des atomes, des ions ou même des atomes artificiels comme les qubits supraconducteurs.
Pourrait révolutionner le développement pharmaceutique
« La technologie quantique est considérée comme la clé de la création des médicaments nouveaux et améliorés du futur. Mais sans la capacité de faire évoluer efficacement les simulateurs quantiques, leur utilisation pratique est très limitée. C'est pourquoi il est essentiel de découvrir comment notre logiciel quantique peut prendre en charge cette mise à l'échelle. Et maintenant, nous avons une recette pour y parvenir », déclare Matthias Christandl, professeur de théorie quantique et responsable du centre Quantum for Life.
Selon Christandl, les perspectives seront révolutionnaires si les chercheurs parviennent à développer un simulateur quantique efficace :
« Si nous pouvons utiliser un ordinateur pour simuler le comportement d'un nouveau médicament dans le corps humain avant de mener des expériences, cela pourrait fondamentalement changer la façon dont nous développons et testons les produits pharmaceutiques, ce qui accélérerait considérablement le temps écoulé entre le laboratoire et le patient. »
La prochaine étape consistera à tester la recette mathématique sur du matériel quantique.
