Une équipe collaborative de chercheurs a franchi une étape importante dans la chimie computationnelle : simuler les propriétés d’une molécule contenant 12 635 atomes. Cette avancée majeure n’a pas été réalisée grâce à un ordinateur quantique autonome, mais grâce à une approche hybride qui exploite les atouts uniques des processeurs quantiques et des supercalculateurs conventionnels.
Ce développement marque une étape cruciale vers l’utilisation de l’informatique quantique pour la découverte de médicaments. Bien que les ordinateurs quantiques soient théoriquement idéaux pour modéliser les états quantiques complexes des électrons dans les protéines, ils n’ont actuellement pas la stabilité et l’échelle nécessaires pour gérer seuls de telles tâches. En combinant les ressources, l’équipe a démontré que des progrès pratiques sont possibles même avec le matériel imparfait d’aujourd’hui.
L’approche hybride pour résoudre les problèmes quantiques
La simulation de molécules médicamenteuses nécessite de calculer les états quantiques précis et les énergies de leurs électrons. Sur les ordinateurs classiques, ces calculs sont souvent des approximations qui luttent contre la complexité. Les ordinateurs quantiques, qui fonctionnent selon les principes de la mécanique quantique, se prêtent naturellement à ce travail. Cependant, les dispositifs quantiques actuels sont petits et sujets aux erreurs, ce qui limite leur utilité autonome.
Pour surmonter ces limitations, des chercheurs de la Cleveland Clinic, de IBM et de l’institut japonais RIKEN ont développé un flux de travail hybride. Ils ont réparti la charge de calcul entre deux ordinateurs quantiques IBM Heron et deux des superordinateurs les plus puissants au monde, Fugaku et Miyabi-G.
Le processus impliquait un échange sophistiqué de va-et-vient :
* Ordinateurs quantiques : Géré des calculs spécifiques et complexes pour des fragments de la molécule.
* Supercalculateurs : Traité les données structurelles plus larges et intégré les résultats.
Cet effort de collaboration a duré plus de 100 heures, aboutissant à une simulation de deux « complexes protéine-ligand » – des combinaisons d’une protéine et d’une petite molécule fondamentales pour la recherche biomédicale. L’équipe a également simulé les molécules dans une couche d’eau, ajoutant ainsi une couche de réalisme qui reflète les conditions de laboratoire.
Pourquoi c’est important : combler le fossé vers une utilisation pratique
La molécule simulée dans cette étude est environ 40 fois plus grosse que le précédent détenteur du record de simulations assistées par quantique. Même si la précision des résultats était plus compétitive que celle des méthodes standards plutôt que nettement supérieure, la réussite réside dans leur faisabilité.
«Cela a été un de mes rêves, et nous y sommes», a déclaré Kenneth Merz de la Cleveland Clinic, réfléchissant à l’objectif de longue date consistant à utiliser la technologie quantique pour des connaissances biomédicales.
Jerry Chow d’IBM a noté que le processus hybride était probablement plus rapide qu’il ne l’aurait été avec des superordinateurs seuls, suggérant que le matériel quantique offre déjà de la valeur pour des parties spécifiques du calcul. Cela remet en question l’idée selon laquelle nous devons attendre des ordinateurs quantiques parfaits et sans erreur avant de constater des avantages pratiques.
Point de vue d’un expert : des progrès dans un contexte d’incertitude
La communauté scientifique considère ces travaux comme une étape importante, quoique préliminaire. Junyu Liu de l’Université de Pittsburgh a félicité l’équipe pour avoir proposé “des étapes pratiques vers des calculs quantiques utiles en utilisant du matériel réellement utilisé”. Il a décrit l’ampleur de l’expérience comme étant « véritablement impressionnante ».
Cependant, Liu a également souligné une question ouverte : s’il est possible de prouver mathématiquement que cette méthode hybride garantit des performances supérieures – connues sous le nom d’avantage quantique – dans tous les cas. Pour l’instant, cette approche sert de pont, rendant les ordinateurs quantiques utiles avant qu’ils ne soient totalement à l’épreuve des erreurs.
Comme Chow l’a souligné, ce disque n’est pas un point final définitif mais un début. Le domaine est actuellement dans une phase où il repousse les limites de ce qui est possible, avec des développements plus passionnants probables à l’horizon.
Conclusion
Cette simulation hybride démontre que les ordinateurs quantiques peuvent déjà contribuer à des problèmes scientifiques complexes lorsqu’ils sont associés à des supercalculateurs classiques. Même si le plein avantage quantique reste un objectif futur, cette avancée prouve que des simulations moléculaires pratiques à grande échelle sont aujourd’hui à notre portée.
