Les ordinateurs quantiques : une révolution en devenir ?

Vous avez certainement déjà entendu parler des ordinateurs quantiques, sans réellement comprendre d’où venait cet engouement pour ces nouvelles machines. Si elles promettent des changements révolutionnaires dans le monde de la technologie, elles sont encore loin d’être prêtes pour une entrée sur les marchés.

Les ordinateurs tels que nous les connaissons sont sur le point d’atteindre la limite de leur capacité. Comme nos ordinateurs ne sont pas assez puissants pour les besoins d’aujourd’hui, les scientifiques se sont penchés sur la physique quantique pour créer des ordinateurs capables d’utiliser ses principes.

Certaines de leurs pièces se rapprochent de la taille d’un atome. Les transistors – le commutateur électrique qui permet au courant électrique de circuler – sont maintenant aussi petits que 14 nm. C’est cinq cents fois plus petit qu’un globule rouge. Ces ordinateurs sont si petits qu’ils peuvent obéir aux principes de la physique quantique.

Pourquoi tout ce raffut ?

Pour commencer, retournons au fonctionnement d’un ordinateur classique, dans lequel l’information est codée sous forme binaire. Chaque élément d’information est appelé un bit, qui peut être 1 ou 0. Comme les ordinateurs sont alimentés par l’électricité, 1 signifie que le circuit est fermé et que le courant électrique circule et 0 signifie qu’il est ouvert.

Pour rendre utile une série de bits, un ordinateur doit être capable de transformer cette séquence en suivant certaines règles prédéfinies. On parle alors d’instructions. Au plus simple de leur forme, les instructions sont constituées de circuits physiques qui appliquent de simples changements. Appelés circuits logiques, ils comparent, par exemple, deux bits pour vérifier qu’ils sont égaux, les “flip” (les changent en 1 ou en 0), mais effectuent également des opérations plus techniques telles que XOR. En assemblant plusieurs centaines de millions de circuits logiques, on obtient un microprocesseur.

Dans les ordinateurs quantiques, rien de tout cela ne tient, ou presque. Les bits quantiques (appelés qubits, ou q-bits) sont des circuits spéciaux à l’échelle nanométrique qui présentent certaines propriétés quantiques. Tout d’abord, un qbit occupe simultanément l’état de 0 et de 1 jusqu’à ce que sa valeur soit calculée. Ce n’est que lorsque quelqu’un “lit” le q-bit que sa valeur se fige dans un des deux états, suivant une certaine probabilité.

Les q-bits expose également l’intrication quantique. Cela signifie que la valeur d’un qubit (1 ou 0) dépendra de la valeur d’autres q-bits. Par ailleurs, l’intrication quantique ne semble pas être affectée par la distance. Nous pourrions alors, en théorie, enchevêtrer deux particules à un bout et l’autre de l’univers.

La magie s’effectue lorsque, en enchevêtrant plusieurs q-bits ensemble, un ordinateur quantique est capable de résoudre une équation grâce à une configuration donnée. En d’autres termes, le stade de “repos” des q-bits sera détenu par l’équation que l’ordinateur est en train de résoudre.

Si vous avez vu le film K-PAX, vous devriez avoir une idée de ce fonctionnement.

Vous ne comprenez toujours pas ? Concrètement, les ordinateurs quantiques résolvent certaines équations complexes quasi instantanément car, au lieu de passer par les calculs nécessaires à la dérivation d’une solution (comme avec les ordinateurs traditionnels), ils exploitent certaines propriétés physiques pour “mouler” un ensemble de q-bits qui représenteront la bonne réponse de l’équation. Frédéric Allard, CTO d’IBM France a expliqué que “nous sommes capables d’effectuer plusieurs calculs simultanément, là où un modèle binaire ne les traiterait que séquentiellement”.

Depuis 2011, des embryons d’ordinateurs quantiques sont utilisés. Une entreprise canadienne, D-Wave Systems, a fait la une des journaux lorsqu’elle a annoncé être la première entreprise au monde capable de vendre des ordinateurs quantiques.

À ce jour, les sociétés de technologie de gig, telles que Google et IBM, sont toutes en concurrence pour atteindre la suprématie quantique (lorsqu’un ordinateur quantique sera capable de dépasser les compétences et la puissance d’un ordinateur conventionnel). Un ordinateur de 40 qubits aurait la même puissance que le plus gros ordinateur du monde. IBM prévoit de sortir un processeur de 50 qubits en 2019.

Des possibilités infinies pour l’avenir

Rappel important concernant les ordinateurs quantiques : ils ne seront pas capables de résoudre magiquement tout type d’équation en un temps record mais seront bel et bien une réelle révolution pour certains calculs, notamment lorsque l’on en vient à la possibilité de factoriser des entiers. Il s’agit ici de décomposer un entier en un produit de nombres premiers. Avec un ordinateur quantique, ce type d’opération pourrait se faire en un temps record, puisque les calculs se feront simultanément. Un ordinateur traditionnel prendrait, lui, des millions d’années pour effectuer ces calculs.

Pourquoi est-ce important ? Pour la cryptographie majoritairement. Internet, les banques, les terminaux de paiement bancaires, les logins, les machines de vote électroniques, tous et toutes sont dépendant(e)s de la complexité de calcul et de factorisation de nombres premiers.

Aujourd’hui, garder une donnée secrète sur Internet demande un certain degré de cryptographie, qu’un ordinateur quantique réussirait à rendre obsolète en un temps record.

Tout n’est pas négatif pour autant. Dans le monde médical par exemple, ces nouvelles machines permettraient d’accélérer l’arrivée de nombreuses innovations et avancées, notamment lorsque l’on en vient à la création de protéine complexes. « Nous serons en mesure de trouver les meilleures combinaisons possible de molécules dans les produits pharmaceutiques, de trouver de meilleurs alliages de matériaux ou même de déchiffrer les codes de sécurité », a déclaré M. Allard.

Crédits photo : CC0 Licence

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.