Les ordinateurs quantiques sont considérés comme de la science-fiction depuis des années, mais la technologie évolue rapidement.
Un ordinateur quantique n’est pas un PC plus rapide, mais un type d’ordinateur très différent. Il fonctionne avec des qubits et non avec des bits classiques. Les qubits sont des bits qui se comportent selon les règles de la mécanique quantique. Cela rend possibles de toutes nouvelles formes de calcul, avec des applications potentiellement révolutionnaires dans la science, l’industrie et la cybersécurité.
Si cela vous semble encore abstrait, ne vous inquiétez pas. Dans cet article, nous vous expliquerons ce qu’est exactement un ordinateur quantique, comment il fonctionne et pourquoi nous n’en avons pas encore sur notre bureau.
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Comment fonctionne un ordinateur ordinaire ?
Un ordinateur classique fonctionne avec des bits : les plus petites unités d’information. Chaque bit a une valeur de 0 ou 1. Tout ce qu’un ordinateur fait, comme le traitement de texte, la lecture de vidéos et la navigation, se fait en combinant des séquences de zéros et de uns à une vitesse fulgurante. Un ordinateur quantique utilise à la place des qubits. Ceux-ci se comportent selon les règles de la mécanique quantique, une branche de la physique qui décrit le comportement des plus petites particules.
La particularité des qubits est qu’ils peuvent être en superposition : ils peuvent être à la fois 0 et 1. Cela signifie qu’un ordinateur quantique peut effectuer plusieurs calculs en même temps. Un deuxième phénomène important est l’« intrication » : deux qubits peuvent être connectés l’un à l’autre de telle manière que l’état de l’un en dit directement quelque chose sur l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Nous allons clarifier cela dans le paragraphe suivant.
Pour expliquer l’« intrication » simplement, pensez à une pièce de monnaie. Chaque pièce a deux faces : pile ou face. Lorsque vous lancez la pièce, elle continue de tourner entre ces deux valeurs (pile ou face). Un ordinateur classique ne peut rien faire avec la « pièce » en l’air. Si vous voulez générer un code PIN, par exemple, un ordinateur classique peut le faire, mais assez lentement. Il doit éliminer toutes les combinaisons possibles pour finalement arriver à la bonne. Un ordinateur quantique peut passer en revue toutes les possibilités en une seule fois.
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique peut faire de mieux ?
Un exemple simple : supposons que vous vouliez craquer un code PIN à quatre chiffres. Un ordinateur classique doit essayer ces combinaisons une par une. Un ordinateur quantique peut évaluer toutes ces possibilités simultanément grâce à la superposition. Cela le rend des milliers de fois plus efficace pour de telles tâches. Attention : ce n’est pas qu’un ordinateur quantique peut tout faire mieux. Pour les applications quotidiennes, un ordinateur portable ordinaire est plus rapide, plus stable et moins cher.
Pourquoi sa construction prend-elle autant de temps ?
Bien que l’idée existe depuis les années 80, la construction d’un ordinateur quantique fonctionnel est particulièrement difficile. En effet, les qubits sont extrêmement sensibles aux perturbations. La lumière, la chaleur, les vibrations ou les champs magnétiques peuvent modifier leur état, ce qui entraîne des erreurs de calcul. C’est pourquoi les ordinateurs quantiques fonctionnent généralement dans des conditions extrêmes. La plupart des systèmes doivent être refroidis à des températures de −273,15 °C et se trouvent dans de grands laboratoires blindés.
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Même dans ce cas, ils sont encore sujets aux erreurs. Les scientifiques travaillent donc sur des algorithmes de correction d’erreurs et de nouveaux types de qubits qui peuvent en supporter davantage. Nous sommes actuellement dans ce que l’on appelle l’ère NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) : une phase dans laquelle les ordinateurs quantiques sont déjà utilisés à titre expérimental, mais ne sont pas encore prêts à être commercialisés.
Qui y travaille ?
Le développement des ordinateurs quantiques est devenu une course mondiale. De grandes entreprises technologiques telles que Google, IBM, Microsoft et Intel investissent des milliards dans la recherche. Les universités, les start-ups et les gouvernements contribuent également en permanence aux programmes quantiques. En Europe, il y a l’initiative Quantum Flagship, aux États-Unis la National Quantum Initiative, et la Chine et le Japon ont également des projets similaires en cours.
Selon IBM, le premier ordinateur quantique prêt à l’emploi et sans erreur existera dans moins de cinq ans. Google a affirmé en 2019 avoir atteint la « suprématie quantique » : une expérience dans laquelle son processeur quantique a effectué un calcul qui coûterait des milliers d’années à un superordinateur classique.
Dans le même temps, les gouvernements construisent également leurs propres programmes quantiques. En Europe, il y a l’initiative Quantum Flagship, aux États-Unis la National Quantum Initiative, et la Chine et le Japon ont également des projets similaires en cours.
Que pouvons-nous en faire ?
Les ordinateurs quantiques devraient révolutionner certains secteurs. Par exemple :
- Médecine : imiter des molécules pour découvrir plus rapidement de nouveaux médicaments.
- Énergie : développer de meilleures batteries ou optimiser les processus chimiques.
- Logistique : calculer très rapidement le meilleur itinéraire pour les réseaux de transport.
- Finance : accélérer radicalement les analyses de risques et les modèles de marché.
Mais les ordinateurs quantiques pourraient également jouer un rôle crucial dans la formation à l’IA s’ils sont un jour suffisamment puissants et stables.
Pourquoi tout le monde s’inquiète-t-il du cryptage ?
L’une des plus grandes préoccupations concernant les ordinateurs quantiques est qu’ils seront un jour (et assez rapidement) capables de casser le cryptage populaire en peu de temps. En effet, ils peuvent résoudre des problèmes mathématiques sur lesquels le cryptage actuel est construit, ce que les ordinateurs classiques mettraient un temps infini à faire. Ou du moins trop longtemps avant que de nouvelles normes ne soient développées.
C’est pourquoi les chercheurs du monde entier s’efforcent de développer une cryptographie post-quantique. Il s’agit de nouvelles normes de sécurité qui résistent aux attaques quantiques. Certaines entreprises et certains gouvernements s’y préparent déjà, avant même qu’il n’existe des ordinateurs quantiques pratiques.
Conclusion
Un ordinateur quantique ne calcule pas plus vite, mais complètement différemment. En utilisant les règles de la mécanique quantique, il est capable d’utiliser une quantité de puissance de calcul sans précédent.
Aujourd’hui, ce sont encore des machines très fragiles dans les laboratoires, mais celui qui maîtrisera la technologie le plus rapidement aura un avantage ridiculement important dans la science, la sécurité et l’industrie dans un certain nombre d’années. Peut-être renoncerons-nous alors à nos PC actuels.
