Les ordinateurs quantiques existent déjà, mais bientôt ils seront utiles !

Au départ, les ordinateurs quantiques n'étaient qu'un concept théorique issus de la physique quantique. Dès les années 80, des chercheurs imaginent des algorithmes qui pourraient tirer parti des propriétés de superposition et d'intrication des états quantiques. La notion de qubit c'est à dire d'un élément d'information associé à un état quantique, qui peut faire l'objet d'opérations programmées  est née.

Ce n'est qu'à la fin des années 90 qu'une première paire de qubits  "valide la théorie" en réalisant un premier ensemble d'opérations en profitant d'un instant très court pendant lequel les qubits sont utilisables.... Une des difficultés majeure va-t-être de maintenir le qubit dans un état propice au calcul. Pour cela, sans rentrer dans le détail, il faut le maintenir à une température proche du zéro absolu, le protéger des rayonnements et malgré tout interagir avec lui... Bref, ces ordinateurs sont, pour le moment, des objets bien compliqués comme illustré ci dessous.

IBM Q quantum computer



Ce sont ces obstacles que les scientifiques, puis les industriels vont résoudre progressivement. Les ordinateurs quantiques s'améliorent (voir cette "timeline du quantum computing"). Ils sont à la fois plus importants (plusieurs dizaines de qubits), ils restent stables plus longtemps (plusieurs dizaines de microsecondes), génèrent moins d'erreurs... Les véritables performances des différents ordinateurs existants sont assez difficiles à benchmarker. Le secret industriel est de mise car les investissements sont très importants.

Aujourd'hui, IBM et Microsoft (au moins) proposent même des ordinateurs quantiques (et/ou des simulateurs) utilisables en ligne. La réalité de leur performances est attestée par des publications scientifiques et par de nombreux travaux académiques. Atos, de son côté, commercialise un simulateur quantique permettant de développer dès aujourd'hui les algorithmes de demain et s'entoure d'un comité scientifique qui apporte un crédit certain aux messages commerciaux. 

Pourtant, pour le moment tout cela ne permet pas encore de résoudre un problème que nos ordinateurs classiques ne sauraient pas résoudre.

Une cinquantaine, peut être cent qubits avec une stabilité suffisante semblent nécessaires pour résoudre des problèmes réellement impossibles à résoudre avec des ordinateurs digitaux... Les chercheurs estiment que d'ici 3 à 5 ans, ces performances devraient être atteintes. Nous sommes donc relativement proches de cette frontière qu'on appelle "Quantum Supremacy", la date à laquelle un champs d'investigation nouveau s'ouvrira pour tous les scientifiques !

Bien entendu, la quantum supremacy ne va pas sonner le glas des ordinateurs digitaux actuels. Ils cohabiteront et collaboreront probablement, chacun restant dans son domaine de prédilection.

A ce stade,  il est utile de dire un mot de la société canadienne D-Wave puisqu'elle dispose dans son catalogue di D-Wave 2000Q qui propose 2000 Qubits. Sans chercher à arbitrer une controverse, je vous renvoie à leur page Wikipedia en français sur laquelle on comprend que les qubits de D-Wave  ne sont pas en mesure de réaliser toutes les opérations des qubits "classiques"  et sont optimisés pour un usage particulier. Cette limitation ne permet, par exemple pas, de traiter le problème de factorisation de grands entiers en nombre premier de façon efficace.

Cet article est le second d'une série d'article sur l'informatique quantique.

Se renseigner sur l'informatique quantique, c'est facile et nécessaire !

L'informatique quantique ne date pas d'hier et les observateurs les plus agés ont peut être l'impression qu'elle nous promets des lendemains qui chantent depuis des décennies... Et c'est un peu vrai ! mon conseil est néanmoins de vous (ré)intéresser à cette technologie aujourd'hui car les perspectives de mise en application sont proches (quelques années quand même) et tout à fait intéressantes !

Je vais essayer de vous en persuader au travers d'une série d'articles (le projet initial était un article unique, mais au fil de la rédaction, j'arrive à 4 articles au moins !).

  • Le premier ici même porte sur les ressources accessibles en ligne. Elles vous permettent de vous faire en quelques heures une première idée de l'importance industrielle du sujet à partir des présentations de plusieurs grandes entreprises.
  • Le second reviendra sur l'horizon temporel des premières applications réellement convaincantes et sur les difficultés à surmonter.
  • Le troisième explorera les conséquences de l'apparition d'ordinateurs quantiques sur la cryptographie.
  • Le dernier tentera de donner un aperçu du potentiel de cette technologie dans quelques secteurs clés.

Mais commençons par le commencement !
La bonne nouvelle est que le web regorge de ressources qui peuvent vous permettre de mieux appréhender les différentes facettes de l'informatique quantique. Les grands acteurs industriels investissent sur le hardware depuis des années. Aujourd'hui ils investissent aussi sur les logiciels qui tourneront sur ces ordinateurs et sur le développement des compétences nécessaires pour appliquer ces nouvelles capacités de calcul dans différents domaines... 
J'ai exploré quelques uns de ces liens et propose de les partager avec vous. Je suis bien entendu preneur d'autres sites, MOOC et tutoriaux sur le sujet !
  • Atos propose des vidéos et un peu de contenu sur Atos Quantum. Ils témoignent de l'engagement de Thierry Breton, et de la création d'un comité scientifique rassemblant un impressionnant groupe de scientifiques français et européen de très haut niveau. Atos met, notamment, l'accent sur une offre de simulateurs quantiques permettant de développer dès aujourd'hui les algorithmes de demain.  
  • Google propose  un ensemble de publications scientifiques et deux outils open source qui s'adressent à des lecteurs ayant déjà une connaissance du sujet.
  • IBM est, au contraire, très didactique. Le site quantumexperience.ng.bluemix.net est une sorte de MOOC permettant de s'approprier progressivement les concepts généraux, puis de s'intéresser à la programmation en utilisant des outils mis à disposition par IBM. Un éditeur graphique permet de se familiariser avec les spécificités de la programmation quantique et de réaliser vos premiers essais sans avoir à investir sur un langage spécifique. Un kit de développement open source QISKit, des simulateurs, et un véritable ordinateur quantique disponibles gratuitement "on line" permettent d'aller plus loin.
  • Microsoft propose aussi des ressources pédagogiques très complémentaires de celles d'IBM. Un Mirosoft Quantum Development Kit est disponible pour les courageux. Le langage s'appelle Q#, il est intégré dans Visual Studio et permet aussi d'accéder à des simulateurs.
En résumé et pour démarrer je vous conseille d'abord IBM et Miccrosoft.

En guise de conclusion j'ai retrouvé ce "cartoon" de XKCD qui rappelle que les fondamentaux du domaine restent extrêmement complexes et qui nous incite à la modestie !


Véhicule autonome : que propose la plateforme ouverte Apollo de Baidu ?

Les véhicules autonomes sont des sytèmes complexes. Pour les comprendre, les initiatives "open source" sont préciseuses. Elles offrent des informations vérifiables et des logiciels réutilisables. J'ai tenté dans cet article d'explorer celle de Baidu nomée Apollo. Au passage j'en mentionne quelques autres, mais je suis loin d'avoir épuisé le sujet. Le domaine reste très dynamique. N'hésitez pas à compléter en utilisant les commentaires et bonne lecture !


Apollo est une initiative du géant chinois Baidu visant à accélérer le développement des véhicules autonomes. Open Source, elle semble assez dynamique et progresse de semaine en semaine. Elle offre principalement des logiciels open source, mais aussi d'autres composants intéressants que j'évoque ci-dessous.

Un système complet de logiciels ouverts pour le véhicule

Un ensemble de logiciels est disponible sur GitHub. On y trouve notamment :
  • Un Système d'exploitation temps réel (RTOS), 
  • Un framework pour les applications utilisées par le véhicules,
  • Et les principales applications embarquées nécessaires à l'autonomie : gestion des capteurs, cartographie et localisation, planification de la trajectoire et controle du véhicule via le bus CAN, interface homme machine...
D'autres initiatives open source ont la même ambition, notamment AGL Automotive Grade Linux de la Linux Foundation. Notons au passage que ce sont les lorientais de iot.bzh qui sont les premiers contributeurs d'AGL. L'équipe a pouttant l'air de ne pas se prendre au sérieux  et ils embauchent (à Lorient en plus !).

Une version intégrée des différents logiciels, dite "end to end", permet de disposer d'une version de référence "clés en main" associée à un certain niveau de performance. Ainsi actuellement la version 2.5.0 possède les fonctions suivantes : This release allows the vehicle to autonomously run on geo-fenced highways. Vehicles are able to do lane keeping cruise and avoid collisions with the leading vehicles.  

Coma.ai crée  par George Hotz propose aussi un "agent de conduite" ouvert : Openpilot qui utilise une simple caméra. Openpilot offre des fonctions d'adaptative cruise control et de lane keeping assist system.

L'architecture générale retenue par Apollo permet de simuler l'ensemble des logiciels sur une configuration matérielle donnée, mais aussi d'intégrer dans la simulation des "composants matériels réels" qui permettent d'interagir avec la simulation. 

Cette simulation avec "hardware in the loop" est aussi l'objet de AirSim de Microsoft, open source aussi qui permet de simuler des drones, mais aussi des véhicules autonomes.

Une plateforme "harware" de référence

Cette plateforme comporte un véhicule Lincoln MKZ (marque de luxe propriété de Ford) intégrant un kit ADAS (Advanced Driver Assistance System), une centrale inertielle Novatel, un calculateur embarqué Astuff, un recepteur GNSS ProPak et son antenne, une carte de communication CAN ESD et un Lidar Velodyne.

Des services hébergés : cloud services

Il s'agit de services en ligne du catalogue de Baidu sur lesquels s'appuient les briques logicielles embarquées. Cette offre se compare à celles des géants américains comme Google ou Amazon par exemple et bien entendu elle n'est ni ouverte ni gratuite... Il s'agit notamment :
  • d'une carte haute définition, 
  • des services géolocalisés et On line travel agency (OTA), 
  • des services d'IA (DuerOS) utilisés notamment pour de la reconnaissance d'image ou du langage naturel,
  • mais aussi de fonctions de sécurité.

Des données

La plateforme propose plusieurs ensembles de données annotées manuellement et utiles pour l'apprentissage des différentes briques logicielles. On y trouve par exemple :

Pour l'apprentissage
  • des nuages de points Lidar et des images de caméras annotées pour la détection et la classification des obstacles : piétons, véhicules motorisés ou pas et "autres types"...
  • des photos de feux tricolores permettant d'entraîner les logiciels de reconnaissance des feux,
  • des données d'environnement permettant d'entraîner ou de tester les briques de calcul de trajectoire ou de compréhension de l'environnement... 
Pour les tests un outil permet de sélectionner le scénario : tourner à droite à un carrefour, à gauche, changer de voie... Avec différents type d'obstacles et sans. L'objectif est, pour chaque scénario, de récupérer les éléments perçus en entrée et de ceux attendus en sortie du module à tester.

Enfin, des données de démonstration permettent de constater et d'analyser le comportement des différents modules existants. Par exemple le module de fusion des données des différents capteurs permet de comprendre comment fonctionne le logiciel correspondant et d'en débugger les nouvelles versions.

La plateforme propose, naturellement, aux utilisateurs d'enrichir la base avec des données qu'ils ont eux mêmes collectées, en précisant le capteur utilisé, le pays et si ces données ont été capturées en mode autonome ou non. Cette approche rappelle celle astucieusement proposée par Coma.ai. Si vous disposez d'un boîtier ODB sur votre véhicule et d'un simple téléphone mobile équipé de l'application Chffr (ou mieux du DashCam EON ) , vous pouvez enregistrer toutes vos données de conduite et la vidéo capturée par votre "DashCam". Coma.ai propose alors de les télécharger pour enrichir sa base de conduite ! Quel bénéfice pour vous ? l'avenir des voitures autonomes dépend de vous !

Un écosystème de partenaires

Une centaine de partenaires sont actuellement identifiés parmi lesquels : Bosch, Delphi et Continental, ou Intel, Miscrosoft et NVIDIA... Cet écosystème permet de proposer des réalisations très variées. On trouve notamment des vidéos de promotion pour des intégrationsdu système dans des camions (CIDI), des bus Golden Dragon...

Un fond d'investissement

Enfin, Baidu propose aux start-ups actives dans les domaines des capteurs, des données ou du software des offres de capital...