Le quantique pourrait-il nous fournir l’IA générative que nous recherchons ?

L’informatique quantique et l’intelligence artificielle (IA) peuvent sembler aussi éloignées l’une de l’autre que New York et Los Angeles. Mais selon Chris Monroe, directeur du Duke Quantum Center (DQC), les deux sujets sont pratiquement voisins.

« Le quantum et l’IA sont souvent évoqués ensemble, et cela est logique car le quantum accélérera la prochaine génération d’IA », a déclaré Monroe, professeur émérite présidentiel de la famille Gilhuly à l’Université Duke, avec des nominations en génie électrique et informatique et en physique. « Même ChatGPT, l’exemple actuel de la technologie d’IA de pointe, est actuellement limité dans ses capacités car les ordinateurs ne peuvent pas établir de corrélations entre un billion d’objets. Il n’y a tout simplement pas assez de mémoire dans un ordinateur pour faire cela. »

Monroe parle, bien sûr, des ordinateurs traditionnels utilisant les bits et effectuant des évaluations oui/non. Les systèmes quantiques du type de ceux que Monroe et ses collègues du DQC construisent ont le potentiel d’une puissance de calcul infiniment plus grande, ce qui pourrait théoriquement se traduire par des outils d’IA infiniment plus performants.

« L’apprentissage automatique et l’IA sont très intéressants parce qu’ils sont hautement empiriques », a déclaré Jungsang Kim, professeur émérite de génie électrique et informatique de la famille Schiciano à Duke qui, avec Monroe, a cofondé la société d’informatique quantique IonQ, qui s’adresse aux collaborateurs de l’industrie.

« Nous utilisons beaucoup de données, de modèles et de puissance de calcul pour résoudre le problème, mais nous avons une compréhension limitée du comment et du pourquoi de la technologie de l’IA. Néanmoins, elle est disponible et a déjà eu un impact énorme. Dans le domaine de l’apprentissage automatique et de l’IA. , la question vraiment intéressante est : « Le quantum a-t-il des opportunités de vraiment faire la différence ? »

Les grands modèles linguistiques (LLM) sont certainement aptes à résumer des montagnes de données ou à présenter des textes hautement stylisés. Mais à ce stade, les LLM ne peuvent pas suivre le rythme des connaissances spécialisées (selon ChatGPT, sa dernière mise à jour sur les progrès de l’informatique quantique a été réalisée en septembre 2021) ni synthétiser des idées ni en générer de nouvelles.

Voici un exemple rapide. Actuellement, si un utilisateur interroge ChatGPT pour savoir pourquoi Juliette est comparée au soleil dans la scène du balcon de Roméo et Juliette, l’outil renvoie cette réponse :

« En comparant Juliette au soleil, Roméo véhicule plusieurs sens :

• Éclat et beauté : Le soleil est souvent associé à la lumière et à la beauté. Roméo exprime comment la présence de Juliette illumine son monde et le remplit de beauté.
• Chaleur et confort : Le soleil apporte chaleur et confort. De la même manière, l’amour et l’affection de Juliette apportent chaleur et réconfort au cœur de Roméo.
• Centre d’attention : Le soleil est le centre de l’univers dans le modèle géocentrique, autour duquel tout tourne. Dans ce contexte, Rome souligne que Juliette est le centre de son univers et que son monde tourne autour d’elle.
• Vitalité et Vie : Le soleil est essentiel à la vie sur Terre. Roméo suggère peut-être que Juliette est sa source de vie et de vitalité, sans laquelle il serait perdu.
• Distance inaccessible : Tout comme le soleil est lointain et inaccessible, Juliette est apparemment inaccessible en raison de la querelle entre leurs familles. Cela ajoute à la tension dramatique de leur amour. »

Il s’agit d’un résumé tout à fait satisfaisant de ce qui constitue sûrement un vaste corpus de littérature sur le sujet. Cependant, lorsqu’il est invité à écrire une nouvelle comparaison comparant Juliette à un corps planétaire différent, les lacunes du LLM sont clairement mises en évidence dans sa réponse : « La présence de Juliette dans ma vie est comme une planète lointaine, captivante et mystérieuse, avec une orbite qui attire le le tissu même de mon être. »

Le problème avec cette comparaison générée par l’IA – à part le fait qu’elle ressemble plus à « Le carnet » qu’à « Roméo et Juliette » – est qu’une orbite n’exerce aucune attraction, un fait que ChatGPT a reconnu lorsqu’on appuie dessus.

Les modèles linguistiques tels que ChatGPT sont probabilistes, ce qui signifie qu’ils génèrent des chaînes de mots en fonction de la probabilité que le mot suive séquentiellement le suivant, ce qui a probablement abouti à une langue incorrecte dans l’exemple ci-dessus. Étant donné le grand nombre de mots et de configurations dans lesquels ils sont disposés et réarrangés pour former des phrases, les modèles mathématiques internes qui les sous-tendent et la quantité de données nécessaires à leur entraînement sont énormes.

La myriade de corrélations que les modèles doivent établir sont difficiles à capturer avec des ordinateurs classiques, mais on commence à se rendre compte que la capacité supérieure des ordinateurs quantiques à reconnaître des modèles et à prédire plusieurs résultats simultanés pourrait donner un avantage aux modèles d’IA.

« Si vous utilisez des modèles quantiques pour capturer la structure des données telles que des images, ils sont très efficaces, même à l’heure actuelle, avec les petits ordinateurs quantiques dont nous disposons », a déclaré Kim.

L’IA générative ne comprend qu’un petit nombre d’applications d’apprentissage automatique, et il existe d’innombrables opportunités pour les entreprises d’automatiser des tâches ou de les rendre plus efficaces grâce à l’apprentissage automatique – la conception de puces à semi-conducteurs en est un exemple.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les initiatives quantiques continuent de proliférer dans le monde. Mais un défi de taille pour ces nouveaux joueurs consiste à progresser sur un terrain dominé depuis des décennies par quelques équipes clés.

Les États-Unis ont investi de manière significative dans la recherche et le développement en informatique quantique depuis le milieu des années 1990, et le Royaume-Uni et Singapour ont rapidement emboîté le pas. Aujourd’hui, de nombreux autres pays lancent leurs propres initiatives quantiques, mais comme les premiers à les adopter sont très en avance sur le front de la recherche et du développement, les nouveaux arrivants empruntent des voies alternatives.

« Dans le domaine quantique, il y a des créateurs et des preneurs », a déclaré Kim. « Les créateurs développent des technologies et construisent des appareils. Les États-Unis comptent de nombreux créateurs, des startups aux grandes entreprises qui construisent des appareils informatiques quantiques, parce que nous avons développé la technologie ici. Ensuite, il y a les preneurs – ces gens ne sont pas nécessairement intéressés par la fabrication eux-mêmes d’ordinateurs quantiques, mais veulent comprendre comment utiliser la technologie des fabricants au profit de leurs entreprises. Ils ont la possibilité de gagner grâce à des partenariats, et ils ne devraient pas hésiter à tirer parti des progrès réalisés par l’industrie dans d’autres pays.

« Certaines personnes craignent que la technologie informatique quantique soit surfaite, que nous nous dirigeons vers une ‘Vallée de la Mort’, où l’axe vertical est le montant de l’investissement ou l’intérêt dans la technologie et l’axe horizontal est le temps », a déclaré Monroe. « C’est aussi ce qu’on appelle le cycle de battage médiatique. Lorsque vous atteignez le sommet et que la technologie est encore loin d’être réalisée, les gens sont désillusionnés. »

La National Quantum Initiative, lancée en 2018, a doté la National Science Foundation, le ministère de l’Énergie et le National Institute of Standards and Technology de nouveaux programmes visant à faire progresser l’informatique quantique, dont Duke a conquis une part importante. Et l’IARPA a investi 31 millions de dollars dans le partenariat entre Monroe, Kim et Michael J. Fitzpatrick, professeur émérite de génie électrique et informatique, Ken Brown ; le financement a permis au trio de se procurer les modulateurs optiques multicanaux qui capturent et dirigent les atomes, rendant ainsi possibles les progrès de leur recherche sur le piégeage des ions.

Aujourd’hui, le Congrès envisage de renouveler la National Quantum Initiative. Kim est actuellement conseiller spécial auprès de la Corée, qui pose les bases de son propre programme d’informatique quantique de 2,5 milliards de dollars. Le Brésil, l’Espagne, l’Afrique du Sud et le Royaume-Uni ont tous lancé de nouvelles initiatives d’informatique quantique l’année dernière.

Si ces investissements sont un indicateur, l’intérêt pour la technologie n’a pas atteint son apogée. Mais vous n’êtes pas obligé de croire Kim et Monroe sur parole ; demandez simplement à ChatGPT lui-même.

« L’informatique quantique a le potentiel d’apporter des avancées significatives dans divers domaines, notamment l’apprentissage automatique et le traitement du langage naturel, qui pourraient potentiellement améliorer des modèles comme le mien. Cependant, la mesure dans laquelle l’informatique quantique aura un impact direct sur mes capacités dépend des développements spécifiques qui  »