Comment l’informatique quantique se compare-t-elle à l’informatique traditionnelle ?
L’informatique traditionnelle est basée sur l’informatique déterministe. Essentiellement, les 1 et les 0, ou bits, se traduisent par des sorties spécifiques. L’informatique quantique est basée sur l’informatique probabiliste.
« Chaque unité de calcul, ou qubit, a une probabilité continue d’être comprise entre 0 et 1 », explique Jehi. « Ainsi, il peut stocker beaucoup plus d’informations qu’un ordinateur classique, et il peut traiter les calculs beaucoup plus rapidement car il peut le faire en parallèle plutôt que séquentiellement. Ils sont fondamentalement différents.
Selon Amazon Web Services, l’informatique quantique fonctionne selon les principes quantiques. Ceux-ci incluent :
- Superposition: Ce concept peut être visualisé à l’aide de vagues. Si deux ondulations sont créées l’une à côté de l’autre dans l’eau, elles se chevaucheront et créeront un tout nouveau motif. Appliqué à l’informatique quantique, si vous combinez deux états quantiques, ils créeront un état entièrement nouveau et, inversement, chaque état quantique peut être représenté comme la combinaison de deux états ou plus, selon AWS. Ce principe est au cœur de l’informatique quantique et permet à la technologie de traiter simultanément un nombre important et complexe d’opérations.
- Enchevêtrement: Selon AWS, « l’intrication quantique se produit lorsque deux systèmes sont si étroitement liés que la connaissance de l’un vous donne une connaissance immédiate de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. » Ce concept permet aux ordinateurs quantiques de résoudre rapidement des problèmes complexes en tirant des conclusions basées sur le comportement d’un qubit par rapport à un autre.
- Décohérence: Définie comme « la perte d’informations d’un système vers l’environnement », la décohérence est un défi pour l’informatique quantique et doit être prise en compte lors de la conception du système qui prend en charge l’ordinateur quantique.
Selon Jehi, l’informatique quantique s’aligne beaucoup plus sur les sciences biologiques que sur l’informatique classique.
« Essentiellement, il s’agit d’une façon beaucoup plus naturaliste de penser l’informatique. En médecine, nous avons essayé de forcer la nature et le corps humain à adopter un paradigme en noir et blanc, alors que la nature et le corps humain sont des choses continues », dit-elle. « L’informatique classique est en noir et blanc. C’est un 1 ou un 0. Donc, en principe, il est avantageux, lorsqu’on étudie la nature et le corps humain, d’utiliser un système informatique qui reflète sa continuité.
Favoriser la recherche médicale et la médecine de précision grâce à l’informatique quantique
La Cleveland Clinic a choisi de travailler avec IBM sur son initiative d’informatique quantique en raison de sa perspective à long terme sur les technologies disruptives et transformatrices. Le partenariat donne à la Cleveland Clinic un accès aux sciences des données, aux ingénieurs et aux chercheurs d’IBM, permettant ainsi à leurs équipes de travailler avec la gamme complète de calculs d’IBM, notamment le calcul haute performance, l’intelligence artificielle, l’apprentissage automatique et l’informatique quantique.
Le partenariat impliquait également l’installation d’un ordinateur quantique sur le campus de la Cleveland Clinic. Selon Jehi, c’est le seul endroit au monde doté d’un ordinateur quantique entièrement dédié aux soins de santé et aux sciences de la vie.
« Cela nous donne la flexibilité de poser des questions, de prendre des risques et d’être plus agressifs dans la découverte de cette technologie », dit-elle, ajoutant que l’informatique quantique pousse la Cleveland Clinic à réfléchir différemment aux questions de recherche.
L’organisation a réalisé un investissement énorme pour obtenir l’ordinateur quantique, mais Jehi souligne que la Cleveland Clinic n’adopte pas la technologie pour son propre bénéfice, mais parce qu’elle la considère comme la technologie du futur.
« Nous sommes très intéressés à constituer des équipes dans tout le spectre des soins de santé, du milieu universitaire et de la recherche biomédicale qui seraient intéressées à s’associer avec nous et à collaborer dans le but de déterminer ce que le quantique signifie pour les soins de santé », dit-elle.
L’objectif principal du système de santé en matière de technologie est d’accélérer la manière dont il aborde la découverte biomédicale. Depuis l’annonce du Discovery Accelerator en 2021 et le lancement d’un partenariat de 10 ans avec IBM, Jehi affirme que l’organisation a identifié trois piliers de l’informatique quantique.
Le premier concerne les simulations quantiques, qui sont des recherches quantiques qui transforment une formule chimique en une structure 3D. Les simulations quantiques sont importantes dans des domaines tels que la découverte de médicaments, la thérapeutique et l’immunothérapie, explique Jehi. Ils permettent de simuler des structures impossibles à simuler avec les outils actuels.
Le deuxième pilier est l’apprentissage automatique quantique, qui englobe le calcul que l’IA n’est pas encore capable de gérer, que ce soit parce que les modèles ne dépassent pas un certain seuil de précision ou parce que c’est trop cher.
« Les modèles nécessitent trop de données pour leur saisie », explique Jehi. « L’apprentissage automatique quantique pourrait-il simplement déterminer l’étendue des entrées nécessaires à un modèle pour obtenir de meilleures prédictions ?
Le troisième pilier est l’optimisation quantique, dans laquelle l’informatique quantique peut optimiser des processus tels que les chaînes d’approvisionnement et la conception d’essais cliniques.
« Ce qu’ils ont en commun, c’est la capacité d’utiliser l’informatique quantique pour résoudre des problèmes impossibles à résoudre avec l’informatique classique », explique Jehi.
La technologie qui prend en charge l’informatique quantique
Jehi note qu’il n’est pas possible d’adopter l’informatique quantique sans disposer d’une infrastructure robuste.
«Le quantique, c’est demain. Vous ne pouvez pas y arriver sans être d’abord dans le présent, et cela inclut l’IA et le calcul haute performance. C’est la base sur laquelle nous avons construit », dit-elle.
Disposer d’une base de calcul haute performance et d’IA signifie que les établissements de santé doivent également disposer d’infrastructures cloud hybrides robustes. En outre, l’organisation a besoin de talents et d’une main-d’œuvre possédant les compétences nécessaires pour exploiter une informatique aussi complexe. Jehi dit que la Cleveland Clinic a fait beaucoup de formation pour ses équipes de calcul et ses groupes informatiques existants.
« Une grande partie des efforts a été consacrée au développement et à l’évolution de la main-d’œuvre », ajoute-t-elle.
Le défi de l’informatique quantique et de la cybersécurité
Même si l’informatique quantique peut grandement bénéficier à la recherche dans tous les secteurs, elle présente également un défi en matière de sécurité. Les experts en sécurité prévoient qu’à terme, les ordinateurs quantiques seront si efficaces qu’ils seront capables de briser le cryptage actuel, ce qui entraînera une augmentation alarmante des cyberattaques.
Pour lutter contre cela, le Congrès a adopté le HR 7535, le Quantum Computing Cybersecurity Preparedness Act, qui exige que les agences exécutives maintiennent un inventaire de toutes les technologies utilisées par l’organisation qui sont vulnérables au décryptage par les ordinateurs quantiques. La loi exige que le Bureau de la gestion et du budget élabore un plan pour migrer l’informatique des agences vers la cryptographie post-quantique, qui est un cryptage suffisamment puissant pour résister à une cyberattaque provenant d’un ordinateur quantique avancé.
Il s’agit d’un problème auquel les organisations de soins de santé devront également se préparer, car le secteur est une cible majeure pour les cyberattaquants.
L’avenir de l’informatique quantique dans le domaine de la santé
Même si les possibilités de l’informatique quantique en médecine et en sciences de la vie sont infinies, l’industrie ne fait actuellement qu’effleurer la manière dont cette technologie peut être appliquée en médecine.
« En théorie, à l’avenir, l’informatique quantique pourra être appliquée pour fournir des services aux patients qui en ont le plus besoin, au moment où ils en ont le plus besoin. Il peut être utilisé pour prioriser différentes interventions », explique Jehi. « Aujourd’hui, les systèmes de santé sont confrontés à des perturbations de la chaîne d’approvisionnement ou à des services qui ne sont pas également accessibles à tous leurs patients. L’informatique quantique a la promesse d’y contribuer.
À terme, l’informatique quantique pourrait être utilisée pour obtenir des informations supplémentaires à partir d’images médicales et peut-être pour diagnostiquer plus tôt des maladies comme le cancer, lorsqu’elles présentent moins de danger pour le patient, à l’aide d’un simple test sanguin.
Cependant, Jehi explique que la technologie elle-même doit s’améliorer avant que les chercheurs en soins de santé puissent commencer à poser les questions qui comptent vraiment.
« Prenons l’exemple de la découverte de médicaments. À l’heure actuelle, nous pouvons simuler certaines tailles de molécules avec le quantum, ce que nous ne pouvons pas faire avec l’IA. Mais pour obtenir un effet transformateur, où nous découvrirons des choses qui ont une application clinique immédiate, nous n’en sommes pas encore là », dit-elle, ajoutant que pour y parvenir, il faut davantage de recherche.
Jehi souligne que pour faire progresser la recherche sur les soins de santé, ce domaine a besoin de plus de qubits, d’une meilleure atténuation des erreurs et de calculs plus prévisibles.
