«Je m'épanouis dans des environnements aux règles souples»

En 1993, avant l’apparition des ordinateurs quantiques dans les laboratoires, Peter Shor a inventé le désormais célèbre «algorithme de Shor» pour la factorisation des nombres, ce qui signifie qu’une fois les ordinateurs quantiques construits, ils pourraient exécuter l’algorithme de Shor pour déchiffrer le cryptage utilisé pour protéger nos importantes données personnelles et financières. Cet algorithme a fait l’objet de nombreuses discussions et préoccupations concernant l’informatique quantique.

Pour Yihui Quek, professeure assistante à la Faculté informatique et communications et à la Faculté des sciences de base de l’EPFL, qui a travaillé avec Peter Shor pendant son bachelor et son postdoctorat au MIT, l’algorithme de Shor est plus une étape qu’une finalité : une preuve que la mécanique quantique peut changer les règles du calcul. Cela l’a amenée à se concentrer sur l’identification, au-delà du décryptage de la cryptographie, des problèmes importants qui devraient réellement être exécutés sur les ordinateurs quantiques.

Quand l’ingénierie rencontre les fondamentaux

Yihui Quek, qui a rejoint l’EPFL l’année dernière, a grandi à Singapour. Elle est fille unique d’une enseignante de primaire et d’un ingénieur. Selon Yihui Quek, Singapour partage des similitudes avec la Suisse en ce sens qu’en tant que petit pays intégré dans un réseau mondial, le pragmatisme et l’adaptabilité sont essentiels à sa survie. «En grandissant, j’ai appris à apprécier l’état d’esprit propre à l’ingénierie, mais je voulais aussi comprendre les lois de la nature», déclare-t-elle. Cela l’a amenée à fréquenter le MIT, où elle s’est spécialisée en physique. Ayant terminé ses études à l’avance, elle a décidé d’ajouter une spécialisation en mathématiques sur un coup de tête, pour finalement aboutir à une thèse de bachelor avec Peter Shor. C’est à ce moment-là que les grandes abstractions des mathématiques sont apparues. «J’ai été enchantée», dit-elle.

Aujourd’hui, ce mélange d’influences se reflète dans ses recherches. Yihui Quek s’attaque à la correction d’erreurs quantiques et au développement d’algorithmes, qui comptent parmi les problèmes les plus difficiles de l’informatique quantique. Elle travaille à la croisée entre la théorie abstraite des processeurs quantiques idéaux et silencieux et la réalité expérimentale des dispositifs quantiques bruyants. «Pour ce faire, je dois créer des passerelles entre la théorie et l’expérimentation de l’informatique quantique, deux communautés de recherche qui ne se parlent pas vraiment alors qu’elles devraient davantage communiquer!»

Du battage médiatique à une stratégie

Les ordinateurs quantiques diffèrent des ordinateurs classiques en ce qu’ils fonctionnent sur des qubits (bits quantiques) au lieu de bits. En principe, les effets quantiques peuvent rendre certains calculs, mais pas tous, beaucoup plus rapides que n’importe quelle méthode classique connue. Pourtant, la réalité est loin de cet idéal: les ordinateurs quantiques qui existent aujourd’hui sont dans une forme très imparfaite et sujets à des erreurs. Ils sont trop petits pour exécuter des algorithmes utiles. Mais les progrès sont rapides.

«L’informatique quantique se trouve à un tournant», explique-t-elle. «En 2019, nous avons assisté pour la première fois à des expériences sur un processeur quantique qui a dépassé ce qui pouvait être fait avec les ordinateurs classiques. Le fait que les ordinateurs quantiques, qui n’existaient jusque-là qu’en théorie, puissent être mis en œuvre dans la pratique a considérablement renforcé la confiance.»

Entre 2019 et 2023, alors que les premières démonstrations de l’«avantage quantique» faisaient la une des journaux, le bruit restait l’obstacle dominant et l’optimisme dépassait souvent ce que les appareils pouvaient supporter de manière fiable. Avant de rejoindre l’EPFL, Yihui Quek avait l’instinct de ralentir l’histoire en plaçant les mathématiques entre affirmations et conclusions. En étudiant les faiblesses des petits ordinateurs quantiques sujets aux erreurs, ses découvertes ont amené des scientifiques du monde entier à repenser une solution de contournement populaire appelée «atténuation des erreurs», qui a été utilisée comme substitut à une véritable correction des erreurs. Elle a montré que, bien que cette méthode puisse être utile dans de très petits systèmes, elle ne sera pas suffisante à mesure que les ordinateurs quantiques deviennent plus grands et comprennent plus de qubits.

Aujourd’hui, le ton change. Des démonstrations expérimentales de correction d’erreurs ont convaincu Yihui Quek qu’il existe une voie crédible pour développer les processeurs quantiques. Dans cette optique, son attention se porte sur la question suivante: si et quand nous pouvons garder les erreurs sous contrôle, à quels problèmes impérieux les ordinateurs quantiques devraient-ils s’attaquer ?

À l’EPFL, elle développe de nouveaux algorithmes quantiques – et les bases de référence classiques les plus solides possibles pour les comparer – visant à répondre à cette question «à quoi servent-ils ?». «Nous passons de “pouvons-nous exécuter quoi que ce soit?” à “que devrions-nous exécuter qui compte vraiment ?”, dit-elle. Et nous devrions être ambitieux sur cette question.»

Ce mélange d’ambition et de rigueur est aussi la raison pour laquelle l’EPFL l’a séduite. «Je m’épanouis dans des environnements où les règles ne sont pas fixes», confie-t-elle. «L’EPFL est un endroit assez petit pour être dynamique, mais assez sérieux pour construire quelque chose de nouveau.»