COPAC

Le calcul quantique à température ambiante !

Face aux besoins de calcul toujours croissant, la communauté « Rebooting Computing » cherche de nouvelles manières de construire des ordinateurs, avec des techniques et des principes de calcul radicalement différents.

L’objectif du projet européen COPAC est d’effectuer des calculs en utilisant des phénomènes quantiques sans passer par les qubits et ainsi, de démontrer et d’évaluer une nouvelle approche du calcul, tant sur le plan  physique, qu’informatique. 

Cette approche pourrait permettre à terme de résoudre de nombreux problèmes d’analyse de données comme l’apprentissage automatique ou la simulation de systèmes complexes, actuellement infaisable avec les ordinateurs existants.

Projet européen 

H2020-FETOPEN-1-2016-2017-766563  

Objectif

Cette  approche scientifique, consiste à développer une machine évaluant toutes les entrées d’une fonction logique en parallèle grâce aux effets quantiques, et selon différentes étapes :

 

 

  • La modélisation du comportement quantique du système et théorie du parallélisme pour le calcul (Université hébraïque de Jérusalem Israël - Université de Liège - Université de Padoue)
  • La mise en place d'un dispositif expérimental :
  • Synthèse de nanoparticules qui seront utilisées comme unité de calcul (CNR Institute for Physical and Chemical Processes - Bari Division)
  • Assemblage des nanoparticules ou de dimères de nanoparticules en film multicouches pour construire un dispositif solide, adressable optiquement (Elbit - Université hébraïque de Jérusalem Israël)
  • Construction d'un dispositif optique avec des lasers femtoseconde et réalisation d'expériences permettant d'obtenir les spectres qui seront utilisés pour les calculs (Université de Padoue)
  • La création de compilateurs pour ce système physique (Probayes). En effet, dans le dispositif COPAC une fonction logique est choisie en fixant l'écart de temps entre deux impulsions laser. Le compilateur permet d'enchainer les instructions au dispositif (autrement dit, les écarts de temps en impulsion) pour réaliser des opérations complexes (par exemple multiplier ou inverser les matrices)

Résumé

Cette  approche scientifique, consiste à développer une machine évaluant toutes les entrées d’une fonction logique en parallèle grâce aux effets quantiques, et selon différentes étapes :

COPAC est un nouveau domaine de l’informatique qui utilise à la fois, de nouvelles technologies comme l’adressage d’un grand nombre de boites quantiques par des lasers ultrarapide, mais également de nouveaux principes mathématiques comme l’utilisation de l’évolution quantique pour la réalisation du calcul. 

Ce projet permet de réaliser des innovations expérimentales, théoriques et algorithmiques fondamentales, afin de démontrer un nouveau paradigme technologique pour le traitement parallèle ultrarapide de l’information. COPAC vise à développer une spectroscopie cohérente non linéaire révolutionnaire combinant l’adressage optique et la lecture optique à résolution macroscopique dans l’espace. L’objectif étant d’atteindre des niveaux de vitesse, de densité et de complexité sans précédent.

En effet, la structure discrète des niveaux quantiques des nanosystèmes représente une mémoire à température ambiante. Tous les niveaux sont excités simultanément par des impulsions laser à large bande, et la réponse dynamique permet de mettre en œuvre une logique parallèle. Le désordre et les fluctuations environnementales ne sont pas préjudiciables, comme dans les autres approches quantiques, car au contraire, elles permettent une lecture optique multidirectionnelle et simultanée au niveau macroscopique.  

La vision à long terme de COPAC est l’application de la dynamique quantique d’états confirmés de nanosystèmes. Dans ce cadre, notre prototype de machine et son compilateur permettent de démontrer la faisabilité de l’approche. De très nombreux défis scientifiques et techniques sont encore à relever avant de permettre une utilisation pratique de ce type de machine : citons les domaines de l’éléctro-spectroscopie, des lasers, des boites quantiques et de l’utilisation de la dynamique quantique pour le calcul intensif.  

Un projet européen financé par :

UE

H2020-FETOPEN-1-2016-2017-766563  

Partenaires du projet :

Projet Eramet

Exemple de réalisation

Le groupe ERAMET est l’un des principaux producteurs mondiaux de métaux d’alliage. ERAMET produit dans son usine de Knivesdal, en Norvège, des alliages de ferromanganèses.

Problématique

Lors de la production, lorsque le procédé est optimal, il est possible de remplacer une matière première par une autre moins coûteuse. L’objectif du projet est de détecter en temps réel les périodes optimales du procédé, permettant cette substitution, et de fournir des recommandations pour y revenir en cas de déviation.

Mise en oeuvre / Expertises mobilisées

En employant une cinquantaine de variables procédé, nous avons appliqué une approche de classification non-supervisée, permettant de discriminer les différents points de fonctionnement du procédé. Une fois ces comportements annotés par les experts métier, nous avons entraîné un classifieur à reconnaître ces comportements, puis adjoint un module d’explicabilité, permettant de fournir en temps réel les paramètres caractérisant les comportements non-optimaux.

Résultats

L’analyse a permis d’identifier une famille de 5 comportements, annotés par plusieurs experts procédé d’ERAMET. Le procédé optimal a été clairement identifié, de même que les caractéristiques des comportements non-optimaux. Une première version de la fonction a été déployée à l’usine de Knivesdal, en Norvège.

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Prénom Nom

Fonction – Entreprise

Retrouvez l’article d’Inovalée, sur la contribution de Probayes dans le projet européen COPAC 

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