Des Rittberger aux sauts quantiques

Bettina Heim est à la pointe des efforts visant à réaliser une percée dans le domaine de l'informatique quantique. Employée par la société américaine Nvidia, cette ancienne chercheuse de l'ETH Zurich, âgée de 35 ans, contribue au développement des ordinateurs du futur - et il est difficile de l'imaginer dans un emploi plus approprié. Tout comme les ordinateurs quantiques, Bettina Heim ne peut pas être facilement décrite en termes d'attributs «soit l'un, soit l'autre» - les uns et les zéros, ou «bits», utilisés par les ordinateurs conventionnels. Les systèmes sur lesquels elle travaille utilisent des bits quantiques, ou qubits, comme plus petite unité d'information, et les qubits peuvent exister dans un état de superposition, dans lequel ils peuvent être zéro et un simultanément.

Bettina Heim, elle aussi, réussit à être plusieurs choses à la fois. Brillante physicienne quantique, elle a rédigé son mémoire sur les ordinateurs quantiques tout en préparant sa licence de physique, travail qui a ensuite été accepté pour publication par la revue scientifique Science. Mais elle est aussi une patineuse artistique et une sportive douée, qui attirait l'attention par ses pirouettes, ses sauts de boucle piqué et ses Salchow bien avant d'entamer sa carrière universitaire et professionnelle. À l'âge de 21 ans, elle a remporté les championnats suisses de patinage artistique, ce qui a marqué à la fois l'apogée et la conclusion de sa carrière sportive.

Patiner dès l'âge de deux ans

Bettina Heim est assise à la table de sa maison en Argovie. Elle et son mari ont emménagé il y a seulement une semaine, et des cartons sont encore empilés dans toute la maison. De temps en temps, l'un de ses deux chats Sphynx saute sur la table dans l'espoir d'une caresse. «Je suis une personne naturellement passionnée», explique Bettina Heim. «Donnez-moi un hobby et je finirai par le transformer en carrière !»

Elle se souvient d'avoir mis la main sur une paire de patins dans un marché aux puces à l'âge de deux ans. «Je ne voulais plus les lâcher», dit-elle en riant. La patinoire se trouvant à quelques pas de la maison familiale, ses parents l'ont laissée faire et l'ont soutenue dans son nouveau hobby. Plus tard, bien après avoir découvert son intérêt pour les sciences naturelles, Bettina Heim gagnera de l'argent grâce à ses talents de patineuse artistique : au début de son cursus, elle donnera des cours à des personnes souhaitant acquérir plus d'assurance sur la glace, qu'il s'agisse d'enfants de deux ans ou de profs de physique. Travaillant à son compte, elle consacrait 50 à 60 % de son temps à l'entraînement.

De l'Appenzell à l'ETH Zurich

L'implication de Bettina Heim dans le bond en avant de la technologie informatique était loin d'être acquise. Lors de la ruée vers l'or informatique des années 1990, elle vivait encore dans la ville appenzelloise d'Herisau, loin de la pointe de la technologie. Ses parents travaillaient dans la vente - tracteurs et commerce de détail - et la famille n'a même pas possédé d'ordinateur avant le milieu des années 2000.

Ce n'est qu'au moment de passer son examen de maturité fédérale qu'elle s'est rendu compte qu'elle était non seulement douée pour les sciences, mais aussi pour la programmation. Elle a posé sa candidature pour étudier la physique à l'ETH Zurich et a obtenu une bourse d'excellence. «Cela m'a permis d'abandonner mon travail à la patinoire et de me consacrer entièrement à mes études», explique-t-elle. Dans son mémoire de bachelor, elle a fait ses premiers pas dans l'informatique quantique en étudiant les raisons pour lesquelles le premier ordinateur quantique commercial au monde, D-Wave, a obtenu de si mauvais résultats dans de nombreux domaines lorsqu'il a été comparé à des ordinateurs conventionnels. Elle est parvenue à faire publier son article dans la revue scientifique Science, réussissant d'emblée ce que d'autres mettent des années à réaliser. Après avoir obtenu son master, elle a passé un doctorat sous la direction de Matthias Troyer, alors professeur de physique informatique à l'ETH Zurich. Elle a ensuite suivi son mentor dans l'industrie technologique, passant quatre ans à Seattle et travaillant pour Microsoft. Il y a deux ans, elle est revenue en Suisse. Son mari s'y sent plus à l'aise et elle voulait se rapprocher de sa mère après le décès de son père.

Logiciels pour ordinateurs quantiques

Chez Nvidia, Bettina Heim a eu l'occasion de créer sa propre équipe en partant de zéro pour développer des logiciels pour les ordinateurs quantiques. «Pendant trop longtemps, les expertes et experts en informatique quantique se sont concentrés uniquement sur le matériel et ont supposé que le logiciel s'occuperait de lui-même», explique-t-elle. «Mais un logiciel normal ne fonctionnerait même pas sur un ordinateur quantique !» La première réalisation importante de Bettina Heim et de son équipe a été le développement d'une interface appelée CUDA-Q, qui permet aux scientifiques d'écrire des programmes pour les ordinateurs quantiques à l'aide de langages de programmation conventionnels tels que Python et C++.

Bettina Heim a déjà installé son bureau à l'étage. L'écran large incurvé semble étonnamment compact compte tenu du domaine dans lequel elle travaille, et son ordinateur est d'un type moderne normal. «Lorsque j'ai besoin d'effectuer des simulations quantiques, je me connecte à un ordinateur puissant dans nos bureaux de l'Europaallee à Zurich», explique-t-elle. Bettina Heim passe la plupart de son temps à travailler depuis son domicile, tout comme ses collègues. Et comme la plupart des membres de l'équipe vivent aux États-Unis, elle a tendance à commencer son travail à midi et à le poursuivre jusque tard dans la soirée. Lorsqu'on lui demande ce qu'elle a retenu de sa carrière sportive, elle répond qu'elle lui a appris à gérer les échecs. Cependant, la patinoire était aussi une expérience de guerrière solitaire, et elle se réjouit de l'opportunité offerte par son travail actuel d'aider les gens à tirer le meilleur d'eux-mêmes. La majeure partie de sa journée de travail est consacrée à des appels à des collègues, et toute programmation qu'elle souhaite faire est généralement reléguée à son temps libre ou aux week-ends. Bettina Heim travaille dur et a toujours été passionnée par ce qu'elle fait, mais elle est de plus en plus consciente qu'il est parfois bon de prendre un peu de recul. «J'ai commencé à jardiner un peu», dit-elle.

Bettina Heim va droit au but lorsqu'on lui demande ce qu'elle espère accomplir dans sa carrière : «J'aimerais contribuer à ce que nous puissions faire quelque chose d'utile avec les ordinateurs quantiques.» Il est vrai que ces nouveaux ordinateurs n'ont pas encore prouvé qu'ils étaient particulièrement performants, et que les ordinateurs conventionnels sont encore bien meilleurs pour la plupart des tâches informatiques quotidiennes. Mais personne ne niera que le potentiel théorique de l'informatique quantique est immense. Par exemple, il faudrait des millions d'années à un ordinateur normal pour trouver les facteurs premiers d'un nombre de 2048 bits, alors qu'un ordinateur quantique, fonctionnant avec des qubits, pourrait effectuer ce calcul en quelques minutes. «Il est tout à fait réaliste de penser que, dans quelques années, les ordinateurs quantiques seront plus performants que les ordinateurs classiques pour accomplir certaines tâches», affirme Bettina Heim.

Mais à quoi serviront-ils ? C'est une question délicate, et les scientifiques tentent actuellement d'identifier les moyens de mettre cette technologie en pratique. «L'objectif n'est pas d'exécuter Microsoft Word sur des ordinateurs quantiques, mais de les utiliser pour résoudre des problèmes très spécifiques», précise Bettina Heim. En d'autres termes, les ordinateurs quantiques ne remplaceront jamais les PC ordinaires, mais ils pourraient aider à supporter des tâches informatiques extrêmement complexes.

De nombreux observateurs et observatrices restent persuadées que les progrès de l'informatique quantique auront un impact révolutionnaire, par exemple en transformant le développement des médicaments. Bettina Heim reste prudente, même si elle admet que les ordinateurs quantiques pourraient contribuer aux aspects de l'IA liés à l'apprentissage automatique. «Je suis optimiste et pense que les ordinateurs quantiques finiront par réaliser leur potentiel, même s'il est encore difficile de définir exactement ce potentiel», déclare-t-elle. En attendant, elle estime que c'est une période passionnante pour travailler dans ce domaine. «J'ai raté d'une génération le développement de la technologie informatique, mais participer à l'essor de l'informatique quantique est un sentiment très similaire», s'enthousiasme-t-elle.